海底低功耗現(xiàn)場校正雙模磁力儀系統(tǒng)研究.pdf

1、海洋地磁場測量是海洋地球物理方法的重要組成部分，從星載、機載、船載、海面拖曳到近海底磁測，對海洋磁測的精度和分辨率要求越來越高。隨著量子測量技術(shù)、MEMS器件技術(shù)和深海密封技術(shù)在各自領(lǐng)域的飛速發(fā)展，設(shè)計一種集成度高、功耗低、兼顧測量精度與工程適應(yīng)性的海底磁力儀成為可能。
　　海洋磁力儀從機制上主要分為兩大類。一類是測量精度高，可適用與地磁場基準值絕對測量的標量磁力儀，一類是可測量地磁場在正交三軸上的分量投影值，工程適應(yīng)度高的矢量磁

2、力儀。受限于體積、功耗、電路復(fù)雜度等限制，而較難實現(xiàn)兩種磁力儀的一體化設(shè)計。本文針對以上情況，創(chuàng)新性地提出了基于銣光泵絕對磁測技術(shù)與磁通門矢量磁測技術(shù)，設(shè)計實現(xiàn)一種優(yōu)勢互補的一體化雙模磁力儀，并在本體磁性現(xiàn)場校正、地理三分量直讀輸出等關(guān)鍵技術(shù)上展開了深入研究。
　　從系統(tǒng)整體設(shè)計、銣光泵小氣室設(shè)計、集成化電路設(shè)計出發(fā)，實現(xiàn)了小型化、低功耗的海底雙模磁力儀研制開發(fā)。結(jié)合工程應(yīng)用需求，在功能設(shè)計上考慮了標量磁測與矢量磁測兩種模式的優(yōu)勢

3、互補，減小了標量磁測的初始掃頻時間，減少了標量磁測的數(shù)據(jù)丟失幾率，提高了矢量磁測的絕對精度，實現(xiàn)了地磁總場與地磁矢量場的同時測量。
　　針對磁力儀在搭載過程中易受到搭載本體鐵磁性材料的干擾這一技術(shù)難點，在現(xiàn)有各種磁校正算法的比較與分析基礎(chǔ)上，提出并實現(xiàn)了一種基于擬牛頓迭代和粒子群優(yōu)化的現(xiàn)場校正算法。通過實測數(shù)據(jù)對算法進行了評估，并通過湖試和海試驗證了算法的有效性。
　　與杭州地磁臺站的高精度標量磁力儀和矢量磁力儀進行比測，考

4、核了本文所研制磁力儀的技術(shù)指標。結(jié)合海底雙模磁力儀的應(yīng)用特點，搭載“潛龍二號”水下機器人，分別在千島湖和中國南海進行了湖試與海試，驗證了系統(tǒng)的海底磁力巡測能力;搭載舟山摘箬山島附近的海底觀測試驗網(wǎng)，驗證了系統(tǒng)的海底長期地磁監(jiān)測能力。
　　地磁三分量數(shù)據(jù)對于海底地質(zhì)調(diào)查的磁反演具有重要價值，但需將磁力儀在儀器坐標系下的三分量變換到地理坐標系下。本文提出并設(shè)計實現(xiàn)了一種內(nèi)置于磁力儀的慣性測量單元，可實時提供磁力儀在水下的三維姿態(tài)矩陣，