地磁室内定位基准图数据采集系统设计

近年来,地磁作为室内定位基准已经成为热点研究领域。本文深入研究了地磁室内定位技术,并通过大量试验,分析了室内磁性材料及电子设备对磁场的干扰,进一步探究了室内磁场特性,证明了磁场信息作为定位依据的可行性;利用Arduino IDE研发了智能地磁数据采集平台,该平台搭载多种传感器,如HMC5983磁传感器和惯性导航传感器等,采集一定密度的室内地磁数据,利用克里金法对该地磁数据进行差值处理,生成2 cm间隔大小的栅格地磁图,作为室内定位基准图保存在数据库中。     

精密补偿器水准仪受地球磁场影响的检测统计分析

根据精密补偿器水准仪受地球磁场影响的检测统计,证实了磁场对不同型号的补偿器水准仪有不同程度的影响。分析了受磁影响的主要原因,并提出防磁措施及应注意的一些问题。     

Is the instrumental drift of superconducting gravimeters a linear or exponential function of time?

The instrumental drift of the superconducting gravimeter in Membach, Belgium, is estimated using 9 years of co-located and episodic absolute gravity measurements. We show that the best model of the long-term drift of the SG-C021 is an exponential. The thermal levelers used to compensate tilts are unlikely to induce the observed drift. Rather, the capacitance bridge, magnetic variations, gas adsorption on the levitating sphere, or helium gas pressure variations around it are most likely the possible combined causes of the observed instrumental drift. In practice, either linear or exponential drift models are equivalent as long as the record duration does not exceed 10 years. For longer records, this study demonstrates that an exponential models the drift better than a simple linear trend.     

月球磁场建模研究

月球磁场是当前各航天大国深空探测研究的重要内容.介绍近年来主要的月球磁场建模方法和相关磁场模型,重点阐述等效场源和球谐函数两种建模方法.对各建模方法的特点、局限性和应用条件进行比较和分析,对下一代高精度月球磁场建模和类月天体磁场建模具有一定的借鉴价值.     

引入地轴进动的地球发电机模型数值模拟

在地球外核磁流体发电机数值模拟研究中,与地轴进动相关的庞加莱力通常视其影响极小而在求解发电机方程组中将其忽略,但实际上地轴进动的周期相对地球磁场的倒转周期来说仍是一个值得考虑的项。基于地球发电机数值模拟基准模型,通过引入周期为25 960 a的地轴进动速度,比较分析不同埃克曼数和瑞利数参数组合模型中地轴进动对发电机数值模型的作用。结果表明,地轴进动使得球壳磁流体的动能及磁能波动稳定在一个较原始模型更小的范围内,但增大球壳磁流体的环向动能10%~20%以上,这导致磁场西向漂移速率明显加快;通过比较各模型间的核-幔边界磁场强度和磁雷诺数,发现地轴进动项的引入使得磁流体的能量更倾向于向动能转换;通过比较核-幔边界的偶极性,发现地轴进动项的引入会降低磁流体发电机数值模型的偶极性,但对于所选的原始模型,偶极性的减小程度还不足以使其成为非类地发电机模型。通过数值模拟研究,发现地轴进动项的加入很可能会导致埃克曼数量级较小的类地发电机模型变为多极子主导的发电机模型,因此,在更为准确的磁流体发电机数值模拟研究中,必须考虑地轴进动项。     

基于FIR滤波的磁静期电离层-磁层磁场信号分离

Swarm是欧空局第4个"地球探测者"任务，其主要目的是确定地球磁场及其时空演化特征。利用Swarm构建地球各圈层磁场模型的关键问题之一是对不同场源的地磁信号实施准确分离。以Swarm磁静期观测数据为例，采用FIR沿轨高通滤波对外源场信号进行处理，分析并给出了滤波器窗口长度的确定方法，利用欧空局2016年发布的MIO_SHA_2D和MMA_SHA_2C电离层-磁层磁场模型验证了该方法的可行性。结果表明:FIR对外源场长波信号的滤波结果与模型改正结果的一致性吻合较好，在给定通带波长1 200 km、阻带波长3 000 km的情况下，将滤波器长度设置为87~129阶，可同时顾及水平方向和径向方向的滤波精度。     

iGrav-007超导重力仪格值的精密测定

iGrav超导重力仪是当前世界上最新型的便携式相对重力仪,可提供最稳定和最高精度的连续相对重力测量。利用武汉九峰台站FG5-112绝对重力仪与iGrav-007超导重力仪连续3天的同址观测结果,基于最小二乘线性回归和迭代算法,精密确定iGrav-007的格值。数据处理结果表明,iGrav-007的格值为(-91.640 2±0.085 2)×10-8 m·s-2/V,相对标定精度为0.092 9%,连续1天的FG5绝对重力观测获得的格值精度优于0.2%,连续3天的FG5绝对重力观测获得的格值精度优于0.1%。     

超导重力仪观测数据分析

超导重力仪作为目前研究时变重力场的主要仪器具有很高的灵敏度和稳定性、很低的噪音水平和漂移以及很宽的动态频率响应范围。探测时间序列中隐含的周期信号是超导重力仪观测数据分析的主要目标之一,通过快速傅里叶变换(FFT)和最小二乘谱分析方法分析超导重力数据中隐含信号的检测,并对两种方法结果进行了分析比较。并最终用小波分析的方法进行了检校。     

历表对天文定向的影响

不同历表计算天体视位置不同,对天文定向产生一定影响,影响程度随着观测天体的不同而不同。通过观测恒星、太阳、金星和火星进行天文定向时,历表对天文定向结果的影响可以忽略;通过观测月亮和土星进行天文定向时,必须考虑历表对天文定向结果的影响;通过观测木星进行天文定向时,在高精度要求下,必须考虑历表对天文定向结果的影响。     

电磁的相对性与统一性

在不同参考系中分析电荷受力,通过相对论变换,揭示电磁之间的内在联系,说明电场和磁场仅仅是电磁规律在选定参考系中的具体表现。     

IGRF12和WMM2015模型在中国区域的精度评估及其适用性分析

利用中国大陆区域35个地磁基准台站2008~2015年的观测数据,结合高精度的地壳磁场模型NGDC-720,计算各台站观测值和地磁场模型值7个要素之间的差值。通过引入均方根误差,评估最新的国际地磁参考场模型IGRF12和世界地磁模型WMM2015在中国区域的精度及其适用性。结果表明,IGRF12模型与台站年均值的一致性吻合较好,但对于不同台站,IGRF12模型误差相差较大。WMM2015和IGRF12模型误差具有相似的空间分布特征,且地磁各要素差值的最大值、最小值和均方根误差十分接近,其中地磁偏角和总磁场强度的均方根误差优于16'和100 nT。因此,在研究中国区域地磁异常时,IGRF12或WMM2015模型均可作为主磁场改正的参考背景场。     

利用低阶大地水准面异常反演大尺度核幔边界起伏

核幔边界（core-mantle boundary,CMB）是地球内部最重要的物理化学界面之一,地核和地幔通过核幔边界发生多种相互作用,这对地球重力场、地球自转及地磁场等都能产生重要影响。大地水准面异常是地球重力场的重要观测量,反映了地球内部的物质密度异常及界面变化等重要信息。推导了通过大地水准面异常反演核幔边界起伏的公式,利用2~4阶大地水准面异常反演了大尺度核幔边界起伏形态。结果显示,核幔边界起伏的径向幅度达±5 km、与Morelli的地震层析成像结果的幅度接近,但在形态上略有差异。以高为5 km、底边长为1 000 km的棱柱体模型模拟计算了核幔边界密度异常引起的大地水准面异常响应,结果与观测大地水准面异常比较接近。     

重力场的地球动力学与内部结构应用研究进展

深入认识地球深内部结构和内部动力学问题一直是基础地球科学研究领域的前沿热点,传统方法主要依赖于地震技术。近几十年来,随着新兴的现代重力观测技术革新(尤其是高精度超导重力技术的成功应用),使得检测地球内部动力学现象和物性信息成为可能。本文简述了我国在本领域近年来利用现代高精度重力技术在检测地球自由振荡、自由核章动、内核平动振荡、潮汐模型与极潮和内部结构方面的研究成果进展。     

重力场Tilt-Depth方法及其高阶推广

Tilt-Depth以及其相关改进方法最初是基于磁异常基本公式推导,一直应用于磁法勘探领域。自2012年以来,不断有学者探讨重力场Tilt-Depth方法,但对重力场与磁场Tilt-Depth方法之间的关系研究较少,存在一些不同认识。梳理了重磁场之间Tilt-Depth方法的联系与区别,得出了Tilt-Depth方法在重力场中相比磁场高一阶导数的结论。验证了方法的有效性,通过对海南石碌矿区重力异常处理,提取了矿体的边界信息,突出了深部隐伏矿体产生的弱异常的边界范围,获取了矿体的位置及埋深参数,通过与已知地质剖面、反演剖面的对比,证实了重力场Tilt-Depth结论的正确性与有效性。     

国际卫星重力梯度测量计划研究进展

本文首先阐述了重力梯度测量原理、从20世纪初到21世纪初重力梯度仪的研究历程、卫星重力梯度仪(静电悬浮重力梯度仪、超导重力梯度仪和量子重力梯度仪)的技术特征以及卫星重力梯度测量的特点;其次,介绍了基于卫星重力梯度技术恢复250阶GOCE地球重力场以及论证首先开展一维径向重力梯度仪的研制进而恢复高精度和高空间解析度中高频地球重力场可行性方面的研究进展;最后,建议我国尽早开展基于时空域混合法解算中高频地球重力场和卫星重力梯度测量系统误差分析的预先研究。     

基于正弦拟合的三轴磁力仪标定方法

三轴磁力仪是一种常用的磁场测量工具，在地磁导航、海洋磁测、地磁勘探等领域应用较为广泛。作为一种磁场矢量测量工具，三轴磁力仪的磁测误差主要来源于三轴非正交、敏感轴灵敏度不一致及零偏误差等方面，磁力仪的标定优劣影响磁力仪的测量性能。为解决三轴磁力仪的标定问题，建立了磁力仪误差补偿模型，提出了基于正弦拟合的三轴磁力仪标定方法。将磁力仪沿平面旋转时的三轴输出数据拟合成正弦曲线，利用正弦曲线的幅值、初相角和平移量等信息计算出磁力仪的标定参数。仿真结果表明:该方法无需非线性优化过程即可实现标定参数的求解，得到的标定参数与设定值吻合度高；磁测噪声对三轴灵敏度系数及非正交角的计算结果影响较小。     

弱信号金属管线定位方法的研究与应用

通过对弱信号金属地下管线探测方法与原理的研究,根据单管磁场水平分量与垂向梯度横剖面曲线分布的原理和被测金属管线中产生磁场的Hx与ΔHx的分布对称性的原理,并且通过实际的工程应用,验证了弱信号金属管线的平面定位方法,可以有效地探测弱信号金属地下管线的平面位置。     

Correcting superconducting gravity time-series using rainfall modelling at the Vienna and Membach stations and application to Earth tide analysis

We demonstrate the possibility to improve the signal-to-noise ratio of superconducting gravity time-series by correcting for local hydrological effects. Short-term atmospheric events associated with heavy rain induce step-like gravity signals that deteriorate the frequency spectrum estimates. Based on 4D modeling constrained by high temporal resolution rain gauge data, rainfall admittances for the Vienna and Membach superconducting gravity stations are calculated. This allows routine correction for Newtonian rain water effects, which reduces the standard deviation of residuals after tidal parameter adjustment by 10%. It also improves the correction of steps of instrumental origin when they coincide with step-like water mass signals.     

水下磁性目标探测中磁异常分量换算方法

为了更加准确地判断水下磁性目标空间位置及形态,有必要研究由磁场标量信息向矢量信息换算的方法.根据总强度磁异常与磁异常分量傅里叶变换后的频率域关系,推导由总强度磁异常向磁异常分量换算的公式.利用获取的总强度磁异常,结合测区地磁场方向信息,即可实现标量场向矢量场换算.采用小尺度与大尺度球体以及直立长方体磁场模型对提出方法进...     

地磁场梯度对飞机磁场求解精度的影响分析

分析了地磁场梯度对飞机磁场模型的影响,利用飞机磁补偿实验数据及地磁场梯度仿真数据,对考虑地磁场梯度和不考虑地磁场梯度两种情况下飞机磁场的求解结果进行了比较,并对飞机在0°、90°、180°、270°四个特定航向上,进行横滚、俯仰、偏航机动飞行时产生的干扰磁场进行了仿真补偿实验。仿真结果表明,地磁场梯度引起的模型系数计算偏差最大可达5.24,相应的磁干扰补偿率将下降35.3%。