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.     

SOMPI谱分析方法在感应磁场研究中的应用

本文应用地磁总强度变化记录近似确定局部感应磁场中的传递函数A,B.在求解过程中采用分辨率高、功率估计可靠性较强、适合短长度资料分析的SOMPI谱分析方法,提高了计算结果的可靠性和精度.通过与三分量计算结果相比较,证实了这种方法的可行性.据此,提出在无三分量记录地区用核旋仪台网研究地下电性结构横向不均匀性的设想.     

SOMPI谱分析方法在感应磁场研究中的应用

本文应用地磁总强度变化记录近似确定局部感应磁场中的传递函数A,B.在求解过程中采用分辨率高、功率估计可靠性较强、适合短长度资料分析的SOMPI谱分析方法,提高了计算结果的可靠性和精度.通过与三分量计算结果相比较,证实了这种方法的可行性.据此,提出在无三分量记录地区用核旋仪台网研究地下电性结构横向不均匀性的设想.     

拉萨地磁台地磁相对记录室磁场梯度对比分析

测量拉萨地磁台观测区内自然地磁场梯度和建成地磁记录室后的地磁场梯度,并测量新建记录室内不同高度磁场梯度,对比分析新建地磁记录室内的磁场稳定性,进而找出潜在干扰源,并采取有效措施予以去除,为产出连续可靠的地磁相对记录数据提供环境条件.     

淮南深地地磁总场连续观测与时变特征

深地实验室具有电磁干扰小的"超净"地磁观测优势,已成为地磁观测的新平台和研究热点.为了评估淮南深地实验室地磁环境、认识地磁总场时变特征及地下与地面耦合性,我们于2022年在地下巷道（-848 m）和地表（+22 m）同步实施了地磁总场长期连续观测,对观测数据进行了功率谱、小波谱、地磁总场变化特征的分析及与附近的蒙城地磁台比对.研究结果表明：（1）地下无（或弱）磁干扰点位的地磁环境较优越,与蒙城地磁台相媲美,适用于地磁场变化的高精度、长期连续观测;（2）地下地磁观测可有效过滤地表上由工业与人类活动等的电磁干扰,其记录的地磁总场变化与蒙城地磁台具有较好的耦合性;（3）地下磁测可清晰记录地磁总场的平静变化、不同周期磁暴、地磁脉冲等丰富的时变信息,可为地球系统科学研究提供地磁学依据.     

水下地磁导航中位场积分迭代法收敛性分析

位场积分迭代法是获取水下地磁数据库的基本技术,对水下地磁导航的实现提供了基础.该算法的收敛性问题没有严格的数学推导,通过压缩映像原理证明了位场积分迭代公式在满足一定条件时的收敛性问题,为获取海域水下磁场数据库的基本技术提供了理论依据.     

西宁地磁观测拟迁台选址分析

地磁方法在地球物理学研究中具有重要的作用,由于西宁地磁台受到城市发展扩建的干扰,需勘选新建地磁观测站.梳理了西宁地磁站拟迁台选址中场地堪选、仪器检测标定、磁场梯度测量以及数据处理解释方法.结果 证明西宁地磁台拟选场地满足地磁台站建设规范的要求,本次勘选所用方法切实可行.     

台站地磁观测数据精度提高方法

在当前多种地磁日常数据处理方法基础上,探讨提高地磁观测数据精度的问题.通过使用一种改进的地磁观测基线值计算方法,能有效减小外磁场变化对观测结果的影响,考虑到基线值日变化等因素,使用高阶多项式拟合基线值日变化曲线.利用该方法处理的地磁数据与实测数据进行结果比对后,发现此方法能有效提高地磁观测数据的精度和质量.     

地磁长期变化信号提取和模型预测精度评估

高精度地磁场信息在地球物理导航等领域有着广泛应用,一般依靠地磁场模型来预测未来磁场的时空状态变化特征.本文基于中国大陆10个地磁基准台站2009—2022年的连续矢量观测数据,通过月均值年差分和主成分分析方法剔除外源干扰场,进一步去除岩石圈磁场,提取得到了主磁场长期变化信号,并将其与IGRF和WMM系列主磁场模型结果进行对比.通过引入绝对误差、均方根误差等指标,定量评估了IGRF-12和WMM2015模型在中国大陆区域内1—5年尺度的预测精度.结果表明,IGRF-12和WMM2015模型均能总体反映我国大陆主磁场长期变化趋势,两者总场强度的5年均方根误差分别为54.19 nT和15.86 nT,WMM2015模型预测的7个地磁要素的精度均优于IGRF-12.模型误差会随时间逐渐增大,两模型总场强度的1年期最大误差为13 nT,5年期最大误差可达153.65 nT,难以满足高精度定向钻井等领域的地磁导航需求,因此,有必要结合地磁台等观测资料,研制年周期地磁场快速长期变化模型.

     

洱源5.5级地震前后地磁场变化异常特征分析

利用2013年3月3日洱源5.5级地震前后所获得的2种流动地磁资料,分析了地磁总强度与矢量观测的异常变化特征。(1)地磁总强度观测结果表明:地震前,测区内相邻期总强度变化的正负值区大致均衡,逐渐演变为整个测区都是正值并出现高梯度带,正值的高梯度带再演变为正负值交界的高梯度带,此时震中位于正值高梯度带的边缘;地震后,正负值交界的高梯度带远离震中,正负值区又大致均衡;(2)地磁矢量观测结果表明:地震前,岩石圈磁场变化的水平矢量、垂直矢量在震区均有显著差异,磁偏角、磁倾角和总强度变化的零等变线均在震区周边穿过;地震后,岩石圈磁场变化的水平、垂直矢量在震区的显著差异消失,磁偏角和总强度在震区正负值交界的高梯度带逐渐消失,磁偏角的零等变线在震区未出现。     

An inspection of the long-term behaviour of the range of the daily geomagnetic field variation from comprehensive modelling

This paper attempts to reveal whether long-term trends in the ionosphere are reflected in the amplitude range of the geomagnetic daily variation recorded at ground level. The smooth and regular variation observed in the magnetograms on magnetically quiet days is induced by the ionospheric currents flowing in the dynamo region. So it is likely that trends in the conductivity or in the dynamics of this region could produce changes in the current densities, and consequently in the range of the geomagnetic variation. The crucial aspect is how to separate the changes produced by the geomagnetic activity itself, or by secular changes of the Earth's magnetic field, from the part of the variation produced by factors affecting trends in the ionosphere, which could have an anthropogenic origin. To investigate this, we synthesized for several geomagnetic observatories the daily ranges of the geomagnetic field components with a comprehensive model of the quiet-time, near-Earth magnetic field, and finally we removed the synthetic values from the observed ranges at those observatories. This comprehensive model accounts for contributions from Earth's core, lithosphere, ionosphere, magnetosphere and coupling currents, and, additionally, accounts for influences of main field and solar activity variations on the ionosphere. Therefore, any trend remaining in the residuals, assuming that all the contributions mentioned above are properly described and thus removed by the comprehensive model, should reflect the influence of other sources. Results, based on series of magnetic data from observatories worldwide distributed, are presented. Trends in the X and Z components are misleading, since the current system changes in form as well as in intensity, producing changes of the focus latitude in the course of a solar cycle and from one cycle to another. Some differences exist between the long-term trends in the Y component between the real and modelled ranges, suggesting that other non-direct solar causes to the amplitude changes of the solar quiet geomagnetic variation should not be ruled out. Nevertheless, the results also reflect some short-comings in the way that the comprehensive modelling accounts for the influence of the solar activity on the range of the daily geomagnetic variation.     

电离层中纬槽极小的位置变化及其控制因素研究

本文利用2000年至2009年CHAMP卫星朗缪尔探针实地测量的电子密度数据,分析了电离层中纬槽的位置变化及其控制因素.研究结果表明: (1) 地磁平静期电离层中纬槽的位置随磁地方时和经度变化; (2) 电离层中纬槽的位置对地理经度的依赖表现为西半球槽的位置高于东半球; (3) AE指数和SYM-H指数与槽的位置变化显著相关,表明极光电集流和环电流是中纬槽位置变化的重要控制因素; (4) 太阳风电场晨-昏分量的量值变化显著影响中纬槽位置,而其极性变化的影响相对较弱.研究结果对中纬槽建模有一定的参考价值.     

Magnetic Field Feedback Circuit for Geomagnetic Field Compensation Control

In the current state of geomagnetic instrument testing, some aspects of geomagnetic instrument performance are difficult to test in the laboratory. If laboratory test results are inadequate, the instrument will have multiple problems while operating in the field, where a geomagnetic instrumentation test platform with a stable natural magnetic field is critical. Here, the magnetic field feedback circuit for geomagnetic field compensation control is studied in detail. That is, the magnetic field measured by the feedback magnetic sensor and the required working magnetic field are compared as input to the system, and the electric signal is transmitted to the feedback coil through an analog circuit to form a closed loop control, which provides compensation to control the magnetic field. Compared with the existing magnetic shielding method, the analog control circuit can achieve the realization of any working magnetic field, and it is not limited to a null magnetic field. The experimental result shows that the system compensates the earth''s magnetic field of 10,000nT with an average error of 10.6nT and average compensation error of 0.106%, providing a high compensation accuracy. The system also shows high sensitivity and excellent stability. The feedback circuit has achieved effective compensation control for the earth''s magnetic field.     

地磁垂直分量Z日变幅逐日比及其与磁暴和地震的关系

地磁垂直分量Z日变幅逐日比是基于变化磁场在地球电导率的作用下会产生一个与变化磁场相反的感应磁场, 该感应磁场不仅包含了外空磁场的信息, 还包含了地下电导率的信息。 因此, 相对于地磁场其他成分来说Z分量更多地反应了地下活动的变化, 逐日比是利用前后两日地磁Z分量日变幅相比来提取该异常现象, 但磁暴可能会对逐日比异常判定产生影响。 我们取1984年至今江苏区域范围达到逐日比异常判定指标的29个事件结合磁暴以及该异常事件之后和地震的对应关系进行统计分析。 研究发现, 无磁暴时逐日比异常和预测范围内地震对应关系达到0.77, 有磁暴时逐日比异常和地震对应关系为0.25。 综合分析认为逐日比异常事件发生后, 若该日无磁暴或者Dst指数小于异常第二日, 那么该异常为地震前兆的可能性大概为0.8, 反之则该异常有可能是磁暴的影响而不是来自于地下活动的影响, 需结合其他前兆分析方法进行综合分析, 该研究增强了逐日比异常判定地震地磁前兆信息的可靠性。     

磁赤道处化极方法

化向地磁极(化极)是最基本的磁测资料处理方法之一,化极能消除或减少斜磁化影响,提高对磁测资料的认识程度和解释水平,对研究地壳产生的磁异常具有重要意义.但低纬度地区特别是磁赤道处,化极处理很不稳定甚至奇异,一直是位场研究的难点.针对地磁纬度较低特别是磁赤道地区磁异常化极的困难,利用从磁北极处垂直磁化向低纬度地区水平磁化方向转换稳定的特点,提出"狭义化赤"概念,并将其与低纬度磁异常"倒相"解释方法结合,提出专门用于磁赤道处化极的方法.该方法扩展了现有的化极理论,实现了磁赤道处的稳定化极.区别于目前任何方法,专门用于(近)水平磁化条件下的化极计算,具有原理简单,实现方便,收敛速度快等特点.对理论模型和实际资料计算表明这种针对磁赤道地区磁异常的化极处理方法是稳定、可靠的.     

特克斯地震前温泉台地磁异常及其变化特征

2007年7月20日特克斯发生了Ms5.9级地震。应用加卸载响应比、斜率法及一阶差分等方法,对地震前温泉台的地磁资料进行处理分析,结果显示:温泉台的地磁场在特克斯地震发生前存在异常现象。     

喀什—乌恰地区流动地磁测量数据处理及初步分析

介绍了2008年在喀什—乌恰地区32个测点的流动地磁测量数据的处理方法。利用该数据建立了喀什—乌恰地区地磁场的曲面样条模型,绘制了区域地磁基本场分布图。以2005年中国地磁场球冠谐模型为参考场剥离了岩石圈磁场,绘制了喀什—乌恰地区岩石圈磁场局部异常分布图。表明岩石圈磁场局部异常与测区内地震在空间上有一定的对应关系。     

基于Weimer模型的高纬地磁扰动预测

地磁扰动是空间天气中的重要现象,对地基技术系统具有重要的影响.准确预报地磁扰动可以有效避免重大灾害发生.本文基于Weimer电势和磁势模型发展了高纬地区地磁扰动的模拟方法,并与地面台站观测数据进行了比较.地表磁场扰动主要受电离层电流系统的影响,利用Weimer模式计算出电离层等效电流分布后,基于毕奥-萨伐尔定律推导了地磁扰动三分量与电流的关系,最终计算出地磁扰动量.模型的输入参数为太阳风速度、太阳风密度、行星际磁场和磁偶极倾角.模型计算结果与不同纬度和经度的地磁台站观测结果对比表明本文的计算方法能有效地模拟地磁暴期间地磁扰动特征.本文结果对今后发展高纬地区地磁场预报模型奠定了重要基础.

     

1997—2016年中国大陆地区地磁台站观测环境变化定量分析

本文利用CHAOS-6地磁场模型计算1997—2016年中国大陆地区34个地磁台站模型值,分析比较模型计算值与台站实测值之间的差异,利用国际参考场模型IGRF12计算结果进行佐证。结果表明:地磁异常场模量△T作为地磁台站观测环境的一种标志,年变化显示:①中国大陆地区34个地磁基准台绝大部分位于地磁正常区或弱磁异常区,只有少数几个地磁台位于强磁异常区;②判断1个地磁台的地磁场环境,只测量总强度（F）是不够的,必须进行三分量绝对观测,利用地磁异常场模量△T评价地磁台的地磁场环境更全面、更科学合理。