阿尔芬波动特征对卫星磁力仪零位标定的影响

磁通门磁力仪的零位偏移量在卫星轨道上会因诸多因素而发生改变.为此,基于剪切阿尔芬波动不改变总磁场强度这一特征的Davis-Smith方法被提出用于计算磁力仪的零位补偿.实际上,行星际空间中没有纯粹的阿尔芬波动.本文采用数值模拟分析了存在小的压缩波动情况下,阿尔芬波动的幅度、周期和相位以及数据窗口时间长度等对Davis-Smith方法计算零位补偿的影响.我们发现,只有当阿尔芬波动的周期与压缩波动周期相同时,阿尔芬波动的性质会对零位补偿的计算产生不可忽视的误差.阿尔芬波动的幅度越大,零位补偿的误差越小.磁场各分量零位补偿的误差大小还会受到阿尔芬波动初始相位的影响.此外,数据窗口时间长度越长,则零位补偿误差趋于减小至真实值.     

基于磁镜结构的Wang-Pan方法在磁强计在轨标定中的应用

磁通门磁强计(FGM)的磁补偿随时间会发生缓慢变化; 因此,提高FGM磁补偿的标定精度对实现高精度磁场测量至关重要.最近,一种基于磁镜结构的标定方法被提出,本文将其称之为Wang-Pan方法Ⅱ.本文分析了Wang-Pan方法Ⅱ在太阳风、地球磁鞘和磁尾电流片区域的适用性.我们发现,磁镜结构或线性磁洞事件个数的增加有助于降低Wang-Pan方法Ⅱ的计算误差; 此外,事件的背景磁场强度和磁场耗散程度会显著影响Wang-Pan方法Ⅱ的计算精度.Wang-Pan方法Ⅱ在太阳风和磁尾电流片中的计算误差在±0.2 nT以内的概率高达70%,在磁鞘中计算误差比太阳风及磁尾电流片中的大了约1个数量级.为了提高利用磁镜结构标定磁补偿值的精度,我们研究了线性磁洞事件的多个参数特征对磁补偿计算误差的影响,该研究结果将为Wang-Pan方法Ⅱ的应用提供磁镜结构或线性磁洞事件的筛选参考准则.

     

阿尔芬波总磁场存在漂移趋势时磁通门磁强计在轨标定的优化方法

高精度的磁场测量对深空探测具有重要意义,然而卫星上磁通门磁强计的磁补偿值会随着时间缓慢变化,需要进行在轨标定.近期,一种新的在轨标定方法被提出,即Wang-Pan方法.该方法发现阿尔芬波动存在一个线性度高的最优补偿曲线,利用多个波动的最优补偿曲线可计算出磁强计的磁补偿.然而,该方法没有考虑所选波动事件的总磁场存在漂移趋势的情况.本文通过数值分析,发现阿尔芬波总磁场存在漂移趋势时最优补偿曲线会偏离真实的磁补偿值,甚至不再具有较高的线性度,从而产生计算误差; 将该漂移趋势去除之后,可显著降低Wang-Pan方法的计算误差.我们利用金星快车的磁场数据验证了该优化方案的可行性.本文的研究成果有助于将Wang-Pan方法应用于地球磁层卫星.

     

基于行星际磁场阿尔芬特性的星载磁通门磁强计在轨标定新方法

准确的磁场测量对深入研究空间等离子体环境具有重要意义.星载磁通门磁强计的磁补偿随时间缓慢变化, 因此, 需要对其进行常规的在轨标定.现有的在轨标定方法都依赖于磁扰动或磁结构事件的筛选, 导致标定结果的频次受限于事件的筛选, 且差的事件还会增大计算误差.为此, 本文研发出一种不依赖于磁场事件筛选的在轨标定新方法.根据行星际磁场强度的取值范围, 我们可建构一个磁补偿取值空间.不同的磁补偿值会影响行星际磁场的阿尔芬特性; 于是, 我们通过在磁补偿空间中找到使被调整之后的行星际磁场的阿尔芬特性最强的点作为磁补偿值的最优解.测试结果表明, 我们的新方法可以利用1~4 h时长的行星际磁场数据获得误差小于0.1 nT的标定结果.

     

基于Monte Carlo方法的由GPS观测计算地应变率的误差分析

在利用GPS观测计算地应变率中,应变率的误差分布在地球动力学研究中非常重要. 为解决这一问题,文中提出基于Monte Carlo技术,利用GPS观测的速度计算地应变率进行误差分析的方法;以青藏高原地区为例,利用带有误差的GPS观测数据进行了大量、独立的应变率重复计算,然后运用统计方法给出了应变率分量及其误差的分布. 结果显示青藏高原的喜马拉雅及中东部地区地应变率的东西向、南北向及剪应变率分量的误差相对较大,但整个青藏高原及附近地区应变率结果稳定可靠;研究结果进一步表明,由GPS观测计算应变率的误差主要决定于GPS观测速度的误差, 在变形小的区域（如中国东部地区）,目前GPS的观测精度还不能完全满足地应变率计算的要求.     

铁磁钻具引起测斜仪方位角误差的校正方法研究

基于煤矿井下近水平钻孔姿态测量的实际需求,阐述了采用三轴加速度计与三轴磁强计构成磁测斜仪测量钻孔倾斜角、工具面向角和方位角的具体方法,分析了影响测量精度的各种误差来源.针对铁磁钻具引入的附加干扰磁场会造成方位角测量误差,提出了借助当地地磁场对方位角误差进行校正的方法.测试结果表明,相比于使用前、后无磁钻具时方位角的测量结果,去掉测斜仪前后的无磁钻具并采用该校正方法,仍可获得高精度的方位角.该校正方法只需在软件算法上做改进就可以使测斜仪钻铤抛掉配套的前、后无磁钻具,在保证测量精度的同时大幅节约了仪器成本并拓宽了测斜仪的应用.     

研究地震空区及条带附近地震破裂特征方法的误差讨论

较详细地讨论了确定中小地震破裂面方向和环境应力值方法的误差.分析表明,引起破裂方向误差的主要因素是台站包围震中的张角和制作广义方向性函数理论量板的精细程度.若对于θ角(台站和震中的连线与主破裂方向之间的夹角)每隔15°给出一条理论曲线,当台站包围震中张角大于60°时,其误差可小于15°.引起环境应力值τ0相对误差的主要因素是震级误差.若震级误差为0.3,可引起τ0的相对误差为70%.     

旋转式航空重力梯度仪动态测量误差传递模型与事后误差补偿

航空重力梯度测量技术可快速、高效地完成面积性重力梯度数据采集工作,在矿产资源勘查、军事目标探测等诸多科学领域具有广泛的应用.而航空重力梯度动态测量误差补偿方法是重力梯度动态测量数据处理中的一项重要工作.本文首先对旋转式重力梯度仪误差传递机理进行了定量分析,在综合考虑重力梯度仪系统非理想因素相互作用的情况下,建立了多种非理想因素与外部动态运动参数相耦合的误差传递模型;其次,提出了基于数据驱动的深度学习方法对航空动态测量误差进行补偿,并基于误差传递传递模型建立仿真数据样本集验证了方法的有效性;最后,通过航空重力梯度仪实测数据的处理和应用,验证了本文建立事后误差补偿方法的泛化性,进一步验证了本文建立方法在航空动态测量噪声抑制中的实用性,为航空重力梯度动态测量数据的处理提供技术储备.

     

分量核旋仪补偿电流选定方法的研究

通过对核旋仪分量补偿测量原理与磁偏角补偿测量原理的推导,得出对分量补偿电流与偏置补偿电流进行选定的数学方法,并将这种选定方法应用到新一代数字化分量核旋仪的设计中。实际应用表明该方法选定精确、方便适用。     

Magnetic mapping for the detection and characterization of UXO: Use of multi-sensor fluxgate 3-axis magnetometers and methods of interpretation

Fluxgate vector magnetometers can be powerful instruments in magnetic mapping and in the detection of unexploded ordnance (UXO). Being lightweight and having low power requirements, they allow the development of multi-sensor use. The main problems in using fluxgate magnetometers arise from calibration errors and drift but these can be overcome using a quick and simple method of calibration in the field. This method also has the advantage of compensating permanent and induced magnetic fields generated by magnetized objects carried with the sensors. Measurement accuracy is similar to that obtained with scalar magnetometers. Multi-magnetometer profiling allows direct inversion of raw magnetic data along profiles in order to locate and characterize dipoles typically generated by UXO. The method used is a non-linear inverse procedure that estimates the three coordinates and magnetization vector of the dipole. Application of the technique to both a synthetic case and a field example illustrates the advantages of the method compared with the use of the analytic signal.     

数字化地磁仪器的调试维护与应用

本文总结了大连地震台安装,调试,维护与应用CTM－DI磁力仪和GMB磁通门磁力仪的基本做法与经验。     

基于差分进化算法的磁梯度张量系统误差校正

针对磁梯度张量系统存在单传感器三轴非正交、三轴灵敏度不一致和零偏以及多传感器测量轴非对准误差等问题,本文提出了一种基于改进差分进化算法的误差校正方法.首先,详细描述上述误差并建立数学模型.然后,基于匀强磁场环境中磁梯度张量系统测得的总磁场为定值、同一方向测量轴输出一致、磁梯度张量分量与张量不变量等于零的特点,提出了基于改进差分进化算法的误差参数估计方法.不同于传统的磁梯度张量系统两步校正方法,该方法只需进行一步反演即可实现单传感器误差参数和多传感器非对准误差参数估计.仿真结果表明：与遗传算法和最小二乘拟合方法相比,本文方法具有较高的求解精度和搜索效率,且抗噪能力较强.实测数据校正结果表明,本文方法可以降低磁梯度张量系统误差引起的测量误差,测量精度得到明显改善.

     

质子旋进磁力仪探头与仪器连线对测值的影响

本文通过实验结果和理论研究,对改变探头连线的配置,即采用不同规格的探头连线,提高测值精度进行了初步探讨。     

格尔木台地磁GM3仪与FHDZ—M15仪观测数据对比分析

通过对2008年格尔木地震台2套仪器记录的磁场变化进行对比分析,分别从GM3仪器三分量（磁偏角D、地磁场水平强度H、垂直强度Z）与FHDZ—M15三分量（D、H、Z）记录的全年整点值、日均值及月均值进行对比分析,阐述了其运行特点,找到2套仪器的一致性与差异性。     

3D DEMAP 数值模拟与观测实验

为推动电磁剖面(EMAP)技术向找矿勘探领域发展, 本文针对密集阵列剖面(DEMAP)测量方式, 利用三维积分方程法对层状介质中赋存三维地质异常体的电性结构进行了数值模拟, 并在青海野马泉铁锌矿集区西部进行了大地电磁(MT)与DEMAP的野外对比观测实验.数值模拟结果显示, DEMAP观测方式获得的结果受偏移距影响, 造成的视电阻率和相位误差与偏移距大小和地下电性结构的复杂性密切相关, 但在整体上, 统计误差≤10%.通过对野马泉矿集区的实验结果分析可得, DEMAP与MT的视电阻率断面和相位断面具有较好的一致性.本文从理论和实验上都表明DEMAP观测技术是一种有潜力的、经济、快速、有效的找矿手段.     

磁通门磁力仪和探头研制的最新进展

磁通门磁力仪重量轻、体积小、电路简单、功耗低、温度范围宽、灵敏度高、稳定性好,可连续读数,可进行任意方向测量,尤其适合在零磁场和弱磁场下应用．所以,磁通门磁力仪在星际磁测、磁法勘探、地磁观测等领域得到了广泛的应用．本文对经典式探头和三端式探头做了深入浅出的论述．