海底低功耗現(xiàn)場(chǎng)校正雙模磁力儀系統(tǒng)研究.pdf

1、海洋地磁場(chǎng)測(cè)量是海洋地球物理方法的重要組成部分，從星載、機(jī)載、船載、海面拖曳到近海底磁測(cè)，對(duì)海洋磁測(cè)的精度和分辨率要求越來(lái)越高。隨著量子測(cè)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(jì)一種集成度高、功耗低、兼顧測(cè)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(jī)制上主要分為兩大類。一類是測(cè)量精度高，可適用與地磁場(chǎng)基準(zhǔn)值絕對(duì)測(cè)量的標(biāo)量磁力儀，一類是可測(cè)量地磁場(chǎng)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(shí)現(xiàn)兩種磁力儀的一體化設(shè)計(jì)。本文針對(duì)以上情況，創(chuàng)新性地提出了基于銣光泵絕對(duì)磁測(cè)技術(shù)與磁通門(mén)矢量磁測(cè)技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的一體化雙模磁力儀，并在本體磁性現(xiàn)場(chǎng)校正、地理三分量直讀輸出等關(guān)鍵技術(shù)上展開(kāi)了深入研究。
　　從系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、銣光泵小氣室設(shè)計(jì)、集成化電路設(shè)計(jì)出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了小型化、低功耗的海底雙模磁力儀研制開(kāi)發(fā)。結(jié)合工程應(yīng)用需求，在功能設(shè)計(jì)上考慮了標(biāo)量磁測(cè)與矢量磁測(cè)兩種模式的優(yōu)勢(shì)

3、互補(bǔ)，減小了標(biāo)量磁測(cè)的初始掃頻時(shí)間，減少了標(biāo)量磁測(cè)的數(shù)據(jù)丟失幾率，提高了矢量磁測(cè)的絕對(duì)精度，實(shí)現(xiàn)了地磁總場(chǎng)與地磁矢量場(chǎng)的同時(shí)測(cè)量。
　　針對(duì)磁力儀在搭載過(guò)程中易受到搭載本體鐵磁性材料的干擾這一技術(shù)難點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)了一種基于擬牛頓迭代和粒子群優(yōu)化的現(xiàn)場(chǎng)校正算法。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)算法進(jìn)行了評(píng)估，并通過(guò)湖試和海試驗(yàn)證了算法的有效性。
　　與杭州地磁臺(tái)站的高精度標(biāo)量磁力儀和矢量磁力儀進(jìn)行比測(cè)，考

4、核了本文所研制磁力儀的技術(shù)指標(biāo)。結(jié)合海底雙模磁力儀的應(yīng)用特點(diǎn)，搭載“潛龍二號(hào)”水下機(jī)器人，分別在千島湖和中國(guó)南海進(jìn)行了湖試與海試，驗(yàn)證了系統(tǒng)的海底磁力巡測(cè)能力;搭載舟山摘箬山島附近的海底觀測(cè)試驗(yàn)網(wǎng)，驗(yàn)證了系統(tǒng)的海底長(zhǎng)期地磁監(jiān)測(cè)能力。
　　地磁三分量數(shù)據(jù)對(duì)于海底地質(zhì)調(diào)查的磁反演具有重要價(jià)值，但需將磁力儀在儀器坐標(biāo)系下的三分量變換到地理坐標(biāo)系下。本文提出并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種內(nèi)置于磁力儀的慣性測(cè)量單元，可實(shí)時(shí)提供磁力儀在水下的三維姿態(tài)矩陣，