一種船載磁力探測方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種船載磁力探測方法與裝置，屬于地球物理勘探技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 地球周圍存在的磁場稱為地磁場。將海洋表面任一點(diǎn)上的地磁場矢量用 if表示，則該點(diǎn)的地磁場矢量在直角坐標(biāo)系內(nèi)三個軸上的投影分別為北向分量X、東向 分量Y和垂直分量Z;地磁場矢量岐在水平面內(nèi)的投影為水平分量H;地磁場矢量與水 平面之間的夾角為磁傾角I;通過該點(diǎn)H方向的鉛直平面與地理子午面的夾角為磁偏角D。 、Z、X、Y、H、I及D的各個量都是表示該點(diǎn)地磁場大小和方向特征的物理量，稱為地磁要 素。
[0003] 海洋地磁場測量通常是通過船只攜帶磁力儀在海上航行而進(jìn)行地磁測量的過程。 目前大多數(shù)海洋磁測都是地磁總場標(biāo)量測量，僅能測得地磁要素中的模量T。地磁場是 矢量場，Z、X、Y、H等地磁場要素的測量能夠獲得磁場的方向信息，比總場測量能夠反映更多 的磁源體結(jié)構(gòu)。
[0004] 另一方面，一般海洋總場測量只能使用拖曳方式工作，磁力探頭拖曳于調(diào)查船后 的海水中，拖曳用電纜長度大于船長的3倍。這種作業(yè)方式在一些海區(qū)容易受到限制，如近 海養(yǎng)殖區(qū)、極地浮冰區(qū)等，會導(dǎo)致磁力探頭的損壞甚至丟失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種船載磁力探測方法，可以 提高海洋磁測效率，提供地磁場矢量測量，突破工作海區(qū)的限制。
[0006] 本發(fā)明的另一目的是提供一種船載磁力探測裝置。
[0007] 本發(fā)明所述船載磁力探測裝置安裝在測量船船體上，而非拖曳于船尾，包括矢量 磁力傳感器、航向姿態(tài)參考系統(tǒng)、GPS、外圍傳感器、數(shù)據(jù)采集融合單元、數(shù)據(jù)記錄計(jì)算機(jī)。
[0008] 所述矢量磁力傳感器為磁通門磁力傳感器，為單個或多個，用于測量地球磁場X、 Y、Z三個分量。
[0009] 優(yōu)選地，矢量磁力傳感器為Magson公司生產(chǎn)的DualMag三軸磁通門磁力儀。矢 量磁力傳感器在船體上，應(yīng)平衡考慮如下因素：（1)盡可能遠(yuǎn)離(高于)船體外殼，以減弱船 體磁場干擾；（2)避免探頭安裝過高而產(chǎn)生抖動，以減弱高頻抖動噪聲；（3)海洋慣性導(dǎo)航 系統(tǒng)盡量靠近矢量磁力傳感器，以減弱高頻噪聲。
[0010] 優(yōu)選地，如果有兩個以上矢量磁力傳感器，應(yīng)該按調(diào)查船長軸方向排列安裝。
[0011] 所述航向姿態(tài)參考系統(tǒng)，用于測量調(diào)查船艏向、橫搖角和縱傾角參數(shù)，以便將船坐 標(biāo)系下的地磁三分量數(shù)據(jù)解算到大地坐標(biāo)中。
[0012] 優(yōu)選地，航向姿態(tài)參考系統(tǒng)為IXSEA公司生產(chǎn)的0CTANS3000。
[0013] 所述外圍傳感器包括溫度傳感器、傾角傳感器、壓力傳感器等。
[0014] 所述GPS具有定位和授時功能，用于給出調(diào)查船位置信息和對磁力探測裝置進(jìn)行 高精度授時。
[0015] 所述數(shù)據(jù)采集融合單元，包含多通道數(shù)據(jù)采集卡、高精度時鐘、數(shù)據(jù)記錄器、電源 管理模塊，高精度時鐘以GPS授時脈沖為時基信號，為數(shù)據(jù)采集卡提供時鐘。數(shù)據(jù)采集卡同 步采集矢量磁力傳感器、航向姿態(tài)參考系統(tǒng)、外圍傳感器數(shù)據(jù)，將所有數(shù)據(jù)打包發(fā)送到數(shù)據(jù) 記錄器存儲。數(shù)據(jù)記錄器存儲數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并通過RS232/485端口輸出。
[0016] 所述數(shù)據(jù)采集融合單元，采集矢量磁力傳感器、外圍傳感器數(shù)據(jù)，航向姿態(tài)參考系 統(tǒng)和GPS數(shù)據(jù)，并將所有數(shù)據(jù)打包記錄和輸出。
[0017] 所述數(shù)據(jù)記錄計(jì)算機(jī)用于接收數(shù)據(jù)采集融合單元數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、處理和 監(jiān)視。
[0018] 本發(fā)明所述船載磁力探測方法，包括如下步驟： (1) 在調(diào)查航次開始及結(jié)束時，選取磁場平靜海區(qū)，調(diào)查船進(jìn)行船磁標(biāo)定試驗(yàn)； 優(yōu)選地，船磁標(biāo)定試驗(yàn)中調(diào)查船以半徑1. 8km按" 8 "字形或" 0 "字形規(guī)定動作航行 后，船速5-7kn;過小的航行半徑會增大船體傾側(cè)角度；過大的航行半徑則試驗(yàn)區(qū)磁場會有 較大變化，且磁力日變干擾也會增強(qiáng)； (2) 船磁標(biāo)定試驗(yàn)中數(shù)據(jù)采集融合單元同步采集磁力數(shù)據(jù)與姿態(tài)數(shù)據(jù)；這一點(diǎn)極其重 要，兩者1秒時間的采集偏差會導(dǎo)致數(shù)百nT的誤差，用GPS授時脈沖作為觸發(fā)采集的基準(zhǔn) 信號，保證磁力數(shù)據(jù)與姿態(tài)數(shù)據(jù)的同步精度； (3) 船磁標(biāo)定試驗(yàn)后，數(shù)據(jù)采集軟件按下述解算流程計(jì)算得到船感應(yīng)磁場系數(shù)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種船載磁力探測裝置，其特征在于所述探測裝置安裝在測量船船體上，沒有船尾 拖曳部分，包括矢量磁力傳感器、航向姿態(tài)參考系統(tǒng)、GPS、外圍傳感器、數(shù)據(jù)采集融合單元、 數(shù)據(jù)記錄計(jì)算機(jī)；所述用于測量地球磁場X、Y、Z三個分量的矢量磁力傳感器為磁通門磁 力傳感器，為單個或多個；所述航向姿態(tài)參考系統(tǒng)，用于測量調(diào)查船艏向、橫搖角和縱傾角 參數(shù)，以便將船坐標(biāo)系下的地磁三分量數(shù)據(jù)解算到大地坐標(biāo)中；所述GPS具有定位和授時 功能，用于給出調(diào)查船位置信息和對磁力探測裝置進(jìn)行高精度授時；所述數(shù)據(jù)采集融合單 元，包含多通道數(shù)據(jù)采集卡、高精度時鐘、數(shù)據(jù)記錄器、電源管理模塊，高精度時鐘以GPS授 時脈沖為時基信號，為數(shù)據(jù)采集卡提供時鐘；所述數(shù)據(jù)采集卡同步采集矢量磁力傳感器、航 向姿態(tài)參考系統(tǒng)、外圍傳感器數(shù)據(jù)，將所有數(shù)據(jù)打包發(fā)送到數(shù)據(jù)記錄器存儲；數(shù)據(jù)記錄器存 儲數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并通過RS232/485端口輸出；所述數(shù)據(jù)采集融合單元，采集 矢量磁力傳感器、外圍傳感器數(shù)據(jù)，航向姿態(tài)參考系統(tǒng)和GPS數(shù)據(jù)，并將所有數(shù)據(jù)打包記錄 和輸出；所述數(shù)據(jù)記錄計(jì)算機(jī)用于接收數(shù)據(jù)采集融合單元數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、處理和監(jiān) 視。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船載磁力探測裝置，其特征在于所述矢量磁力傳感器為單個 或多個。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船載磁力探測裝置，其特征在于所述矢量磁力傳感器為 Magson公司生產(chǎn)的Dual Mag三軸磁通門磁力儀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船載磁力探測裝置，其特征在于所述航向姿態(tài)參考系統(tǒng)為 IXSEA 公司生產(chǎn)的 0CTANS3000。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船載磁力探測裝置，其特征在于所述外圍傳感器包括溫度傳 感器、傾角傳感器、壓力傳感器。
6. -種船載磁力探測方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 在調(diào)查航次開始及結(jié)束時，選取磁場平靜海區(qū)，調(diào)查船進(jìn)行船磁標(biāo)定試驗(yàn)； (2) 船磁標(biāo)定試驗(yàn)中數(shù)據(jù)采集融合單元同步采集磁力數(shù)據(jù)與姿態(tài)數(shù)據(jù)； (3) 船磁標(biāo)定試驗(yàn)后，數(shù)據(jù)采集軟件按下述解算流程計(jì)算得到船感應(yīng)磁場系數(shù)
(4) 在進(jìn)行船磁標(biāo)定試驗(yàn)后，進(jìn)行船載磁力測量；數(shù)據(jù)采集融合單元將矢量磁力傳感器 獲得的磁力數(shù)據(jù)Bf發(fā)送到數(shù)據(jù)記錄計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集軟件實(shí)時計(jì)算船磁補(bǔ)償改正后的磁 場矢量數(shù)據(jù);最后進(jìn)行坐標(biāo)系變換，將船坐標(biāo)系下的地磁場矢量e/變換為大地坐標(biāo)系下 的地磁場矢量兩者之間的變換關(guān)系見公式3 : Bi=Bt(公式 3) 式中D為地理坐標(biāo)系與船體坐標(biāo)系之間的變換矩陣，由航向姿態(tài)參考系統(tǒng)測得的艏向 角a、橫搖角0和縱傾角Y計(jì)算獲得，其表達(dá)式如下：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的船載磁力探測方法，其特征在于所述船磁標(biāo)定系數(shù)解算流 程如下所述： 1) 首先忽略渦流磁場的影響，將船磁標(biāo)定試驗(yàn)中多于12個試驗(yàn)觀測值Bf分別代入公 式1，得到12個線性方程；
2) 使用最小二乘法解算9個感應(yīng)磁場系數(shù)A和3個永久磁場系數(shù)Ks; 3) 將這12個系數(shù)代入公式1，正演計(jì)算理論磁場； 4) 用磁力實(shí)測數(shù)據(jù)減去正演計(jì)算理論磁場； 得到剩余磁場； 5) 考慮渦流磁場的影響，將9個實(shí)際觀測值Bf分別代入公式2,得到9個線性方程；
6) 使用最小二乘法解算9個渦流磁場系數(shù)C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船載磁力探測裝置，安裝在測量船船體上，沒有船尾拖曳部分，包括矢量磁力傳感器、航向姿態(tài)參考系統(tǒng)、GPS、外圍傳感器、數(shù)據(jù)采集融合單元、數(shù)據(jù)記錄計(jì)算機(jī)；所述船載磁力探測方法，包括以下步驟：（1）在調(diào)查航次開始及結(jié)束時，選取磁場平靜海區(qū)，調(diào)查船進(jìn)行船磁標(biāo)定試驗(yàn)；（2）船磁標(biāo)定試驗(yàn)中數(shù)據(jù)采集融合單元同步采集磁力數(shù)據(jù)與姿態(tài)數(shù)據(jù)；（3）船磁標(biāo)定試驗(yàn)后，數(shù)據(jù)采集軟件按下述解算流程計(jì)算得到船感應(yīng)磁場系數(shù)、永久磁場系數(shù)值和渦流磁場系數(shù)；（4）在進(jìn)行船磁標(biāo)定試驗(yàn)后，進(jìn)行船載磁力測量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是克服了傳統(tǒng)拖曳式磁力儀易丟失和損壞的缺點(diǎn)，可全天候、全航次實(shí)現(xiàn)無人值守磁力觀測；并可提供地磁場矢量測量。
【IPC分類】G01V3-40, G01C21-00
【公開號】CN104820248
【申請?zhí)枴緾N201510216302
【發(fā)明人】劉保華, 裴彥良, 劉晨光, 鄭彥鵬, 李先鋒
【申請人】國家海洋局第一海洋研究所, 國家深?；毓芾碇行?br>【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月3日