佘山地震监测中心站地磁观测百余年资料的跟踪分析

选用佘山地震监测中心站1874-2005年地磁七要素D、H、Z、X、Y、F、I年均值数据,利用一阶差分方法,计算各地磁要素差分值ΔD、ΔH、ΔZ、ΔX、ΔY、ΔF、ΔI,并绘制差分值趋势变化图,统计地磁七要素年均值数据在百余年观测历程中异常台阶出现的年份、变化方向及幅值大小;同时,利用地磁环境变化定量模型,计算地磁异常场模量ΔT,统计分析佘山台百余年来地磁观测的场地环境指标。研究得出以下结论:①磁偏角D在长趋势变化中出现2次较为明显的台阶下降变化,其中1908-1910年变化-42.47′,1965年变化-41.76′,其他时段变化较平稳。②磁倾角I在1893-1895年呈向下变化,变化量-45.62′,其在1991年呈反向向上变化,变化量44.61′。③佘山地区磁场总强度F、水平强度H、垂直强度Z具有明显的周期性变化特征,应与太阳活动周期效应有关。F、H、Z的长期变化趋势较为相同,在1884—1887年均存在一个大幅度台阶,变化幅度均在600 nT以上。④在地磁环境变化定量计算与分析中,发现1908年、1933年ΔT>100 nT,显示明显受到观测环境的较大影响。查找史料发现,应为1908年上海徐家汇有轨电车建设运营和1933年沪宁铁路建设台站迁移至佘山,观测环境不稳定所致。

地磁辅助导航中的潜艇干扰磁场

为了实现高精度的地磁辅助导航,必须从磁场传感器的测量数据中补偿潜艇干扰磁场,分离出准确的地磁场。分析了潜艇干扰磁场的来源,针对最主要的磁化磁场进行研究。建立了潜艇磁化磁场的方程和边界条件,采用有限元软件ANSYS进行仿真计算和分析。仿真结果表明,在地磁场作用下,潜艇下方距轴线1.25倍艇身半径处,磁化磁场强度为104nT;距轴线20倍艇身半径处,磁化磁场已减弱至50nT左右。重点分析了潜艇下方距轴线1.5倍艇身半径处,磁化磁场的分布特性。分析表明,潜艇磁化场与地磁场之间存在线性转换关系;建立了线性转换矩阵,其中转换矩阵各元素只与空间点坐标、潜艇几何结构、材料特性有关。

泰勒多项式拟合法在区域地磁场建模中的应用研究

针对地磁辅助导航定位中基准图制备的需要,采用了建立区域地磁场模型的方法。分析了现有地磁场建模方法及各自的适用范围,选择泰勒多项式拟合法用于区域地磁场建模,对野值剔除原则进行了改进,对模型的验证方法进行了探讨。最后用泰勒多项式对某区域地磁场总强度F的数值进行了拟合,拟合结果表明区域地磁场模型的均方偏差远低于世界地磁场模型和局部地磁场模型。

导航载体涡流磁场特性仿真研究

研究在地磁导航技术问题,包括涡流磁场在内的各种载体磁场的干扰一直是制约导航精度的难点问题。涡流磁场的特性复杂,针对传统的工程估算方法计算复杂、精度低的问题,为解决上述问题,以某水下载体为研究对象,首先建立起涡流磁场分析的数学模型,然后在Maxwell下进行三维瞬态仿真,得到其涡流磁场的分布,并从载体运动速度、加速度、外加磁场的强弱对涡流磁场的大小以及方向的影响等方面进行了研究。结果表明涡流磁场在载体中部较大,且大小与加速度成正比,与速度无关,方向则与载体运动速度的方向有关。所得结果对于涡流磁场的补偿以及传感器的配置具有重要的指导意义。

地磁匹配特征量的选择

论文旨在选择合适的地磁特征量用于匹配制导。从地磁匹配的实际要求出发,提出了选择匹配特征量时应重点考虑的几个因素,通过理论分析初步拟定了选取准则,并针对特定区域,依据IGRF(International Geomagnetic Reference Field)和WMM(World Magnetic Model)计算出的地磁数据,结合选取准则进行了综合分析,给出了初选结果,对地磁匹配基准图的制备、实时图的获取、匹配算法的研究,以及地磁场资源应用于其他领域的相关研究有一定的借鉴意义。

地球磁场的变化及磁暴现象的探讨

分析地球磁场磁感应强度的分布、磁场的三要素随着地理位置以及时间的变化情况,并对磁暴发生的特点、原因进行了探讨.

一种实现弹体感应磁场补偿的仿真方法研究

针对目前磁补偿大多集中于算法研究而少有仿真和数值计算方面的研究,利用一种电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell的参数化计算功能,在静态磁场仿真环境下得到了导弹体表面上各点磁感应强度的数值解。通过数值计算的方法定性、定量地研究了真实大小模型的补偿效果,可以为磁探测器安装位置和材料相对磁导率的选取提供依据,缩短研发时间并降低成本。

基于身管地磁感应场的弹丸炮口速度测量方法

针对目前常规火炮弹丸炮口测速方式中,外测法不能实现自主智能化调控,弹载内测法需要通过测量其他参数间接解算出速度,无法直接测量,过程较为复杂的问题,提出基于身管地磁感应场的弹丸炮口速度测量方法。该方法通过有限元仿真,得到弹丸运动过程中,炮口磁场分布曲线导函数中两特征点间距离固定的分布特征,利用该距离除以磁传感器对应运动时间可实现炮口速度测量。仿真实验结果表明,当地磁矢量方向与射击方向夹角小于70°时,特征点极易识别,可实现炮口速度的直接测量,为未来实际检测提供了理论基础。

中国地磁测试仪器的发展

本文为纪念地球物理学报创刊４５周年而作．文中对我国地磁测试仪器的发展作了系统扼要的叙述．并介绍了地磁仪器在研制、生产和实际应用等方面所取得的成就．

机场磁偏角测量和地磁场模型计算的比较研究

对于已有机场或新建机场,均需要定期连续对磁偏角进行测量,以满足飞行磁航向和真方位的统一,并标定飞机上的磁罗经。针对当前常规地磁经纬仪测量磁偏角的方法,效率低、费用高,难以满足快速应急提供磁偏角需要的问题,本文分析了几种常见地磁场模型,以及地磁经纬仪测量磁偏角的原理和步骤,并通过实例数据分析和比较,得出结论:采用EMM模型计算的磁偏角,在三种地磁场模型中更加符合地面实地测量的结果,并可得到相当可观的精度,在前期论证或应急保障中可以快速满足相应的要求。此外,通过模型计算的结果也可以作为实测数据的一个验证,具有很好的应用前景。

基于地磁场的弹丸炮口转速-速度测量方法

针对目前炮口转速的直接测量研究较少的问题,提出一种基于地磁场的新型炮口运动参数测量方法。该方法根据身管和弹丸铁磁性材料的聚磁效应及炮口地磁场的分布特征,在弹丸引信表面布设周向阵列均匀磁传感器,获取弹丸运动过程中地磁场的感应信息。对传感器运动路径上磁感应强度模值曲线进行一阶及二阶求导,得到两特征位置。利用弹丸旋转导致两位置阵列传感器周向拟合磁场表达式的相位变化,结合时间实现炮口转速的直接测量,根据转速和速度的特定函数关系可解算出炮口速度。利用有限元软件验证了方法的可行性,为实际测试系统的设计及应用提供了参考依据。

基于世界地磁模型2010的磁场模拟系统

通过WMM2010数据库建立世界地磁模型,计算得到地球上任意一点的地磁数据,并通过电流源产生相应的磁场,模拟地球上任意一点的磁场。测试结果显示该模型能有效模拟地磁场。

地磁场环境下304不锈钢表面裂纹磁异常信号特征分析

针对304不锈钢表面裂纹缺陷,通过有限元方法,在地磁场环境下,建立弱磁检测有限元模型,研究304不锈钢表面V型裂纹、矩形裂纹和不同裂纹宽度磁异常信号特征。并利用物质磁化的磁荷模型验证了有限元模型的正确性。结果表明：裂纹内部与材料的磁导率差异导致一部分磁感应线弯曲变形在材料表面产生漏磁,另一部分磁感应线在裂纹根部聚集,而裂纹两侧的磁势差使得裂纹内部产生均匀磁感应线; V型裂纹尖端磁感应线聚集效应更显著,而矩形裂纹漏磁效应更显著。此外,通过对比两种裂纹宽度从0. 4～2 mm发生改变时发现：随着裂纹宽度增加,磁感应强度峰值先增后减,在裂纹宽度到达1 mm时,磁感应强度峰值达到最大。

基于球谐分析的EMM-740的计算及实现

针对国内对高精度增强地磁场模型(enhanced magnetic model,EMM)在基于球谐分析时对阶数存在认知偏差、实现模型的软件研究较少以及计算精度不高等问题,考虑了地磁场7要素的关系,建立了基于球谐分析740阶次的EMM模型,给出了Schmidt半标准化缔合勒让德函数,给出了EMM模型的计算步骤,并用MATLAB实现EMM2015模型(2000~2019年)在地球上任意地磁场7要素的计算和等值线图的绘制,将计算值与美国国家海洋和大气管理局公布模型的运行数据进行误差对比分析,各元素的均方根偏差最大为0.86 nT或0.4′,比720阶的EMM模型的精度提高了3倍。结果表明,提供的EMM2015模型软件实现方法具有较高的计算精度,值得推广和应用。