基于质子磁力仪的海洋地磁测量系统研制

为更好地开展海洋资源开发和海洋国土维护,海洋地磁测量技术的重要性愈发凸显。基于质子磁力仪研制海洋地磁测量系统,具备地磁监测、数据存储、读取、显示、回放以及仪器配置等功能,可进行长时间的深海地磁全向性监测,为实现远海布设地磁日变观测站提供条件,有利于提高远海区磁测数据的精度和质量,对我国的海洋地球物理勘探有重要意义。

与海洋地磁日变改正有关的长期变化和磁扰的处理

提出地磁日变改正中需要顾及地磁长期变化和磁扰的可靠分离,保证磁力数据改正处理具有明确的基准,提高拼接整合的精度。如果日变站能够控制测区,两者可采用时间同步固定的地磁正常场作为磁异常基准,测区的地磁长期变化由日变站实测的地磁长期变化来改正,反之,对日变站和测区应分别采用时间同步变化的地磁正常场作为磁异常基准,测区的地磁长期变化由地磁正常场的地磁长期变化来改正。为此,应该明确定义与时间相关的日变改正基值为地磁正常场与地磁异常之和。通过磁静日总场观测值偏离正常场的某种形式的长期平均值,可以逼近日变站的地磁异常。磁扰的分离应保证磁扰初动和消失相对于磁静日无磁扰的连续过渡。采用综合模型一并进行日变改正、正常场及其长期变化改正,可以更好地解决目前日变改正中遇到的问题。

海洋地磁三分量测量技术

与拖曳式总场测量相比,海洋地磁三分量测量能够获得更多的地磁场矢量信息,并能通过船载测量在更大海区范围内进行.本文从船载三分量测量和拖曳三分量测量两个方面总结了国外的发展现状,分析了海洋地磁三分量测量中船磁(载体磁场)标定和载体定姿两个关键技术,并结合我国海洋磁测发展现状建议首先发展船载海洋地磁三分量测量系统.

减弱船磁效应对海洋地磁测量精度影响的方法研究

船磁效应一直是影响海洋地磁测量精度的一个重要因素。传统船磁模型只取磁方位角为变量,改正后测线数据存在系统差和船磁影响的起伏变化,给不断累积的地磁数据拼接带来困难。磁正西北和北东方向的测线网受船的感应磁性变化的影响最小,东西向测线之间船磁影响差异最小,而磁南北向测线之间正好相反,据此可从测线布设方案着手减弱船磁效应影响。完备的船磁模型可以兼顾考虑测线航向、地磁总场、磁倾角和拖缆长度的变化,通过不同拖缆长度的主、副测线网交点差平差或三点各两种不同拖缆长度的方位测量,实现地磁异常分离和完备船磁效应的改正。实例说明固定船磁,甚至负的垂直分量,会使船磁效应随纬度出现可观变化,需要完备船磁模型的解算和改正才能解决这个问题。

海洋地磁场矢量测量仪支撑装置结构设计与有限元分析

为增强海洋地磁场矢量测量仪支撑装置结构稳定性,消除安全隐患,根据设计要求,运用有限元分析方法,针对测量仪海试中出现的问题,对原有支撑装置结构进行改进设计和材料选择。运用ANSYS软件建立了一种适合于整体强度分析的有限元模型,得到了新型支撑装置的位移和应力分布云图。校核结果表明:新型支撑装置从整体结构到关键部件均满足4 500 m水深海试的强度和刚度要求,多次海试也证实了新型支撑装置具有足够的承载能力和安全性,从而有效地实现了对海洋地磁场矢量测量仪支撑装置的结构创新设计。

基于正交最小二乘多面函数构建局域海洋地磁场模型研究

针对多面函数拟合局域海洋地磁场模型中质量控制和节点选择问题,提出使用抗差估计与正交最小二乘原理相结合的方法。在质量控制过程中,将局部有显著起伏的采样点视为异常观测值,采用抗差估计减弱异常值点的不利影响。在节点选择中,使用基于正交最小二乘原则判断节点的贡献效力大小,按照此原则自适应地选择节点。结果表明,基于正交最小二乘原理的多面函数法的精度和稳定性更好,更适于构建局域海洋地磁场模型。

质子旋进式海洋地磁日变站的设计与实现

目前国内在深远海地磁测量中普遍采用潜标加挂磁力仪的作业方式测量地磁日变,针对其布放、回收操作复杂且劳动强度大的缺点,设计了一套新的一体化便携式质子旋进式海洋地磁日变站。基于质子旋进式地磁测量的工作原理,采用多周期同步测量法和线性插值的过零数频算法提高了拉莫尔旋进信号的测频精度;在现有声学释放系统的基础上对声学应答和释放过程进行了改进,采用Goertzel算法提高了声学释放信号频率检测的计算效率和可靠性;将研制的仪器与国际商用仪器进行了陆地对比测试和海上实验。结果表明,研制的海洋地磁日变站性能指标满足海洋地磁测量数据的日变改正精度要求,可靠性高,而且海上操作便捷,可替代传统的海洋地磁日变测量的作业方式。

基于三维Taylor多项式建立局域海洋地磁场模型

在海洋磁力测量中,波浪和风等外界因素的变化会对磁力测量数据在垂直空间上产生影响,而二维Taylor多项式在建立局域海洋地磁场模型时没有考虑高度变化对模型的影响。针对这一问题,提出使用三维Taylor多项式完全展开法来构建局域海洋地磁场模型,通过模拟某海域水下球体磁场,仿真船载磁力测量数据,分析两种模型截断阶数的选择、完全与不完全展开的区别和模型边界效应等问题。实验表明,在顾及高度变化的情况下,三维Taylor多项式模型能更详细地反映海洋磁力异常的分布情况,且较好地改善了边界效应。

基于小波变换的海洋地磁日变改正研究

基于现有地磁日变理论和改正方法,对国际公开地磁静日变数据进行傅里叶变换和一维连续小波变换综合分析,判断大于0.2 Hz频段为磁扰变化场在频域的体现,并利用一维离散小波变换将数据分离,完善了已有的地磁静日变改正方法。根据日变数据特征和一维离散小波分解特性,选定sym8小波作为基本小波对数据进行7尺度分解,将日变数据中长期变化和短期变化与磁扰部分在保证保真度条件下有效分离,并与傅里叶级数分解和低通滤波处理效果作对比验证,结果显示一维离散小波变换处理效果更佳。日变数据中短、长期变化与磁扰两部分数据的有效分离并分别改正可提高海洋地磁测量日变改正质量,降低海洋地磁数据处理过程中误差累积程度,提高了现行日变改正方法的科学性、准确性。

基于小波变换的海洋地磁日变改正研究

基于现有地磁日变理论和改正方法,对国际公开地磁静日变数据进行傅里叶变换和一维连续小波变换综合分析,判断大于0.2 Hz频段为磁扰变化场在频域的体现,并利用一维离散小波变换将数据分离,完善了已有的地磁静日变改正方法。根据日变数据特征和一维离散小波分解特性,选定sym8小波作为基本小波对数据进行7层分解,将日变数据中长期变化和短期变化与磁扰部分在保证保真度条件下有效分离,并与傅里叶级数分解和低通滤波处理效果作对比验证,结果显示一维离散小波变换处理效果更佳。日变数据中短、长期变化与磁扰两部分数据的有效分离并分别改正可提高海洋地磁测量日变改正质量,降低海洋地磁数据处理过程中误差累积程度,提高了现行日变改正方法的科学性、准确性。

海洋磁场重力场信息军事应用研究现状与展望

在简要介绍海洋磁场重力场基本特征基础上,全面分析了海洋磁场重力场信息军事应用研究的现状与问题,对该研究领域的发展方向作了展望,对我国相关技术发展提出了建议。

国际地磁参考场模型及其应用——以南海及其周边区域为例

文章介绍最新的第12代国际地磁参考场(IGRF-12)模型,选取5个具有代表性的日期,应用该模型提取和计算1997—2017年全球地磁正常场值并绘制平面分布图,研究结果表明:全球地磁正常场的总体结构较稳定,IGRF模型具有可靠性。以南海及其周边区域为例,应用IGFR-12模型,采用数据统计、图形展示和时间域对比的综合分析方式,分析其在不同时间段内地磁正常场的分布特征和变化规律,研究结果表明:研究区地磁正常场值总体较低,变化较缓慢,呈增长趋势;地磁正常场总体北高南低且变化较大,同一纬度西高东低且变化较小;地磁正常场变化量由大到小的时间段依次为2012—2017年、2007—2012年、1997—2002年、2002—2007年,与IGRF-12中不同模型的差异相对应;IGRF模型中确定场模型数据的稳定性较优,预测场模型的可靠性较高但需进一步校正。

利用微分进化法确定海洋磁场向下延拓中的最优参数

位场的解析延拓是实现不同高度海洋地磁场相互转换的主要途径,是构建海洋三维磁空间背景场模型的关键技术.针对位场向下延拓迭代法中最优正则化参数及最佳迭代次数难以确定问题,尝试引入微分进化法,以正则化参数及迭代次数为种群变量,以延拓结果的熵值为目标函数,以目标函数最小化为搜索准则,实现两种参数的并行全局寻优.采用实测数据对微分进化法在几种常用的迭代法中最优正则化参数及最佳迭代次数的确定进行了分析,与传统L-曲线准则确定的最优正则化参数及多次试验确定的最佳迭代次数进行对比,结果表明:微分进化法确定的最优参数能使三种迭代法取得最佳迭代效果,延拓结果与真实地磁场最为接近,并且该法计算稳定、自适应强,建议在海洋磁场数据向下延拓中应用.

海洋局域地磁场球冠谐分析建模方法研究

本文研究了将球冠谐分析用于海洋局域地磁场建模的理论和方法,并对建模数据的质量控制、数据的代表性、球冠极点和半角的选择、模型截至阶数的确定、球冠谐分析建模中边界效应的影响和削弱等建模中关键问题进行了深入研究,最后提出了分区建摸的思想,并构建了高精度的地磁场模型。

海流感应电场空间分布特性研究

海流是海水运动的主要形式之一,海流切割磁力线会产生感应电场,这部分电场将成为海洋电磁勘探和水下电磁探测的主要干扰源。论文重点研究了3种典型海流分布产生的感应电场,如表层流、底层流和分层流等。仿真计算结果表明,当流速和地磁场强度逐渐降低时,随水深增加海水电势变化量随之减少;当不同水层流速变化较小时,海水电势与水深近似服从线性关系;当表层海流小于底层海流流速时,会出现海水电势0点,并且差异越大,电势0点出现的深度越低。仿真分析结果为海洋电磁勘探和水下电磁探测中的环境噪声抑制以及探测方案设计等提供参考。