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.     

中国地磁测量、地磁图和地磁场模型的回顾

系统回顾中国地磁测量、地磁图和地磁场模型的发展过程.我国每10a(1950-2000年)进行一次全国范围的三分量地磁测量(磁偏角、磁倾角、水平强度或总强度),并出版相应年代的中国地磁图.还出版了1965.0年青藏高原地磁图、1980.0年青海省地磁图以及1990.0年中国海域地磁偏角图.地磁场模型包括多项式模型、矩谐模型、冠谐模型和曲面样条函数模型.根据相同的地磁资料,分别计算1950-2000年中国地磁场的多项式模型和冠谐模型.     

区域和全球地磁场模型

本文叙述了计算区域地磁场模型的各种数学方法，给出了选择计算区域模型数学方法的判据，讨论了改善区域地磁场模型边界效应的方法，研究了确定区域地磁场模型截断阶数的判据，另外，简单介绍了第六代国际地磁参考场，１９９０年世界地磁图，国际地磁参考场的精度和使用。     

磁线圈对地磁场的物理模拟及对地磁导航研究的意义

利用磁线圈对地球基本磁场开展动态模拟,将地磁场随空间的变化转化为在实验室中随时间的变化,能够为地磁导航系统的匹配试验提供物理仿真的地磁场环境。本项研究依照虚拟仪器技术思路,对磁线圈、恒流电源、磁通门磁力仪(或Overhauser磁力仪)和工控机进行数字化连接,并采用LabVIEW编程进行驱动控制,通过自动调节线圈绕组中的电流大小来实现对磁场的物理模拟并进行实时监测,尝试组建了地磁场动态模拟系统,并分别开展了对地磁场总强度和三分量信号的动态模拟实验。模拟系统可以实现天然地磁场和人工编制两种动态信号的输出模拟,且拟合效果良好。地磁场动态模拟系统的初步建立为今后地磁匹配试验等研究提供了仿真磁场环境。     

变化地磁场预测的支持向量机建模

变化地磁场建模与预测是地磁导航、空间环境监测等领域的重要研究课题.由于变化地磁场属于日地系统中的一部分,受多种因素的制约影响,且其变化本身也具有较强的前后相关性.本文综合空间和地面监测数据,以变化地磁场地面观测数据、地方时、太阳射电流量和行星际磁场南向分量等为输入,采用支持向量机方法,建立了变化地磁场综合模型,并进行预测.结果表明,在地磁活动Kp指数小于4时,预测3 h平均绝对误差小于1.61 nT.     

2000年中国地磁场及其长期变化冠谐分析

根据1998～2000年完成的118个地磁测点 和39个地磁台的三分量绝对测量资料以及IGRF2000，计算2000年中国地磁场冠谐模型(截断 阶数为8)，以及2000～2005年中国地磁长期变化冠谐模型(截断阶数为6). 球冠极位于36 °N，104°E，球冠半角为30°. 中国地磁场冠谐模型能更好地表示我国地磁场的时空变化 ，地磁场模型的均方偏差为：104.4 nT(X分量)，103.3 nT(Y分量)，123.9 nT(Z分量). 依据地磁场及其长期变化的冠谐模型，分别绘制2000年中国地磁图(F，X，Y，Z)和异常磁场图(ΔF，ΔX，ΔY，ΔZ)，以及2000～2005年地磁长期变化图(F，X，Y，Z). 指出改善地磁场模型边界效应 的途径，并对如何布设地磁复测点提出了建议.     

地球磁场异常格网(EMAG2)辅助潜艇导航仿真研究

潜艇的惯性导航误差随时间积累.为了实现潜艇的无源导航,可利用地磁场强度异常数据进行辅助导航以修正纯惯性导航的误差.根据全球EMAG2构造西太平洋海域2′×2′总地磁场强度异常格网数据作为基准信息,结合SITAN地磁匹配算法在该海域进行地磁导航仿真计算.仿真结果表明在地磁总强度异常变化较大的区域,地磁辅助潜艇导航精度达到2′左右,与EMAG2的分辨率相当,验证了采用地磁场辅助潜艇导航的可行性.     

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.     

基于地磁熵和Hausdorff距离的地磁辅助惯性导航

惯性导航系统可实现自主导航,但存在定位误差随时间增大的缺点.本文采用地磁信息辅助惯性导航,修正其积累误差.文中分析了基于地磁熵的地磁匹配算法以及基于Hausdorff距离的地磁匹配算法的优缺点,提出了一种新算法,即二者相结合分别用于地磁匹配的粗匹配和精匹配过程,将所得匹配结果用于修正惯导系统的位置.仿真结果表明,新算法可克服基于地磁熵的地磁匹配算法易于发散的缺点,提高导航精度.     

南极长城站地磁自动化台站系统

南极长城站地磁观测站是我国首次建成的地磁自动化台站。本文简要地叙述了系统的构成、工作原理和设计思路。地磁自动化台站系统包括３台ＧＭ－２单分量磁通门磁力仪，用来记录地磁场三分量的变化，分辨率为０．０５ｎＴ，采样间隔为６ｓ，１台分量质子磁力仪，用于进行基线值测量，分辨率０．１ｎＴ，采样间隔为６ｍｉｎ。安装在ＰＣ机内的数据采集卡进行Ａ／Ｄ转移和数采采集，本文还介绍了地磁数据采集和常规处理的程序     

Conditions for the geomagnetic induction relationship

A sufficient condition for the linear relationship between the vertical and horizontal components of the time-varying geomagnetic field is that the primary field can be expressed as a linear sum of two fields, each of which has a consistent morphology. This is approximately fulfilled if local induction is predominant and the primary field is approximately horizontal.     

三轴磁通门传感器水平和定向对地磁日变化观测数据的影响

针对多套三轴磁通门传感器在同一观测环境下,日变化观测曲线不是完全重合,存在观测数据的不一致性问题,通过理论计算和地磁台站测试实验,分析仪器的定向、底座水平与地磁各分量观测数据之间的变化规律并给出其定量关系.实验结果表明:若存在定向误差角α,则表现为D分量的观测曲线中包含了一定比例的H分量;在水平面内,若存在磁传感器以H分量为轴在ZOD平面内的旋转夹角φ,则表现为D分量的观测曲线中包含了一定比例的Z分量;若存在磁传感器以D分量为轴在ZOH平面内的旋转夹角θ,则表现为H和Z两分量的记录数据中分别包含了一定比例的对方分量成分.      

用曲面Spline方法表示1900～1936年中国(部分地区)地磁场及其长期变化的分布

根据19360年426个地磁测点和28个IGRF计算的地磁数据,计算地磁场和地磁异常场各个分量的曲面Spline模型,并绘制相应的地磁图和地磁异常图.依据我国部分地区的1909～1915,1915～1920,1920～1930,1930～1936年间地磁偏角长期变化图,1908～1917,1917～1922,1922～1936年间水平强度长期变化图和1908～1922,1922～1936年间垂直强度长期变化图,使用曲面Spline方法,分别计算上述9个时间段的磁偏角（D）、水平强度（H）和垂直强度（Z）长期变化的曲面Spline模型,并绘制相应的长期变化图.根据这些长期变化模型,将19360年426个点的三分量绝对值数据归算至1940,1930,1920,1910年和1900年,从而为计算这5个年代的地磁场模型奠定了坚实的基础.     

基于虚拟日变台进行地磁矢量数据日变通化方法

流动地震地磁矢量观测是一种获取地震前兆异常的方法,试验研究和观测实例表明,地震孕育引起的地磁场异常变化量级较小,因此在观测、数据处理过程中都要尽可能消除误差提高精度.本文主要从地磁矢量数据日变通化精度方面开展讨论,首先使用反距离加权插值法由泰安、武汉、崇明、杭州4个地磁台观测资料计算出蒙城地磁台相应的虚拟地磁数据,其磁偏角、水平分量、垂直分量三个要素与真实观测值的相关系数分别高达0.9987、0.9946和0.9806,验证了反距离加权插值方法对地磁观测数据空间插值的有效性.其次,选择东部和西部测区分别使用反距离加权插值方法建立各地磁矢量测点位置的虚拟日变台并用其进行通化,实例计算结果表明,该方法可有效提高日变通化精度,对于地磁台站稀疏地区更具实际应用价值.     

Plumes of the plasmasphere and variations in the geomagnetic field horizontal component

The effects of the dayside and dusk plumes of the plasmasphere during the ring current recovery phase on the disturbance level of the ground geomagnetic field horizontal component have been considered. It has been indicated that the geomagnetic field horizontal component changes specifically and synchronously in the region corresponding to the plasmaspheric dayside plume. Outside the plume the time variations in the geomagnetic field horizontal component pronouncedly differs. A spectral analysis of disturbances in the geomagnetic field horizontal components in the range of geomagnetic pulsations indicated that the intensity in the range of Pc4 pulsations increases at magnetic stations located on field lines corresponding to the dayside and dusk plumes of the plasmasphere. These pulsations detected in the dynamic spectrum of the geomagnetic field horizontal components in the dayside plume region of the plasmasphere, probably reflect the resonance oscillations of magnetic field lines in the region of field-aligned currents at comparatively low altitudes. We assume that this is caused by the instability of field-aligned currents originating as a result of the interaction between the ring current energetic ions and electromagnetic waves in the region with a relatively dense background plasma of the dayside plume.     

Linear relationships in geomagnetic variation studies

The linear properties of Maxwell's equations enable the primary and secondary fields of geomagnetic variations to be related together by an induction tensor. Variations of total field which are confined on or near a plane, as described first by Parkinson, can occur formally only under certain conditions on either the induction tensor (that it have a simple degeneracy), or on the primary variation field components (that they consistently obey the same linear relationship over all time). The second condition is implausible for typical transient variations observed on earth, and examination of the first condition demonstrates that for variations with no consistent correlation of the horizontal components, the existence of a well-determined Parkinson vector means that observed vertical variations are secondary fields, induced by observed horizontal variations. This conclusion has important implications for the theoretical explanation of the geomagnetic “coast effect”.That primary fields be spatially uniform is a tacit condition of much theoretical work on geomagnetic variations, though the condition can in fact be relaxed to require spatial uniformity of the primary fields just within some “induction region”. If however the primary fields are not uniform over the induction region a poor Parkinson-vector determination may result. This may be most noticeable at sites which have their induction regions greatly extended by a process such as current channelling.     

华南地区地磁场长期变化特征

使用华南地区5个国家基准地磁台2008—2018年地磁观测数据,通过对磁偏角D、磁倾角I、总强度F、北向分量X、东向分量Y、水平分量H、垂直分量Z月均值及年变率的分析,研究该区地磁场长期变化特征。结果表明,华南地区5个地磁台近10年来七要素月均值及年变率均呈缓慢变化趋势,且变化量相当,反映了该区域地磁场长期变化的特征。     

Determination of the Croatian geomagnetic observatory location

Ground survey within the Nature Park Lonjsko Polje, placed in the middle-northern Croatia was performed during the time interval 2007–2010 in order to find the best location for installing the geomagnetic observatory. The total magnetic field has been measured a few times using the Overhauser proton magnetometers. The horizontal and vertical gradients of the total field, and its temporal behaviour were investigated over the restricted region that we estimated as suitable for the observatory. The results obtained from thoroughly conducted measurements allowed us to find definitive positions for the instrument pillars. These results are in agreement with previously suggested location found based on combination of Comprehensive CM4 model prediction and measurements conducted from 2003 to 2005. This study contributes to the development of geomagnetism in Croatia and paves a way to install the first geomagnetic observatory in Croatia.     

地磁方位标志的稳定性与磁偏角观测精度的研究

地磁台是产出连续完整、准确可靠的地球磁场变化数据的场所。而对某测点地球磁场的描述是以磁偏角D、磁倾角I、总强度F、水平强度H、北向强度X、西向强度Y、垂直强度Z等七要素为依据。其中只需直接测定3个独立量,如D、H、Z或DI、、F等组合,则其它量可通过数学关系求得。特别是,磁偏角D在观测中非常重要。本文对静海地磁台改造后连续7年(2002~2008年)的观测记录资料,进行了认真整理和细致研究,研究了标志的漂移对观测值D的影响,说明了观测标志稳定的重要性。     

主磁场梯度的空间分布和长期变化特征

根据GUFM1和IGRF11模型,计算1590—2010年主磁场总强度F、水平分量H和磁倾角I三个要素的水平梯度和垂直梯度,分析了它们的空间分布和长期变化特点.结果表明:F和H的垂直梯度与其磁场的空间分布类似,水平方向的梯度以及磁倾角I在3个方向的梯度都与其磁场分布有明显差异.H的3个方向的梯度分布清楚地指示出南磁极的位置.梯度的长期变化表明,北半球磁场梯度漂移缓慢,南半球磁场梯度变化较快.磁倾角的垂直梯度显示,中太平洋负异常周围的正异常在围绕该负异常旋转.近赤道的梯度异常带在60°W附近的转折是由印度洋异常向非洲方向移动所致.