面向海洋的地磁全要素一体化高精度测量技术研究

On the basis of applicant’s previous research on marine magnetic sensors, with the intent to solve the problem that the current technologies hardly observe all the elements of the marine geomagnetic field synchronously and automatically, this project will conduct a detailed investigation of the high-precision and integrative measurement of full elements of marine geomagnetic field. The main contents includes: a full geomagnetic-elements measurement model will be established based on the integration of total field and vectors, which is to realize the synchronous solution of seven geomagnetic-elements; to realize the high-precision and rapid measurement of all the geomagnetic-elements under confined space, the miniaturized full geomagnetic-elements sensor applicable to the marine environment will be studied; the formation mechanism and real-time compensation method for the noise of full geomagnetic-elements sensor will be investigated, so as to improve the anti-interference capability in complex marine conditions. Based on the above, a novel and miniaturized marine full geomagnetic-elements sensor will be developed, and an experimental system will be set up to verify the theoretical method and test the sensor. This study will provide an observation method of full geomagnetic-elements in complex marine conditions, and effectively improve the ability of the sensor to detect the magnetic source. Furthermore, the miniaturized full geomagnetic-elements sensor has tremendous potential in application of multiple marine carrier platforms, which is of crucial scientific significance and application prospect in deep-sea resource exploration, global magnetic field model, underwater military target detection, etc.

针对当前海洋磁测技术难以对地磁场全部七要素信息进行一体化自动测量的问题，本项目拟在前期对海洋地磁传感器研究的基础上，开展面向海洋的地磁全要素一体化高精度测量技术研究。主要内容有：建立地磁总场与矢量融合的地磁全要素一体化测量模型，以实现地磁完整七要素的同步解算；研究适用于海洋环境的小型化地磁全要素传感器，以实现在有限空间下的地磁全要素的高精度、快速测量；开展全要素传感器测量误差形成机理及实时补偿方法研究，以提高其在海洋复杂环境下的抗干扰能力。在此基础上，拟研制新型小型化海洋地磁全要素传感器实验样机，并搭建实验系统以对理论方法与传感器性能进行验证与测试。本研究将提供一种适用于复杂海洋环境下的地磁全要素一体化观测方法，能够有效提高传感器对磁源体的表征能力，所研制的小型化传感器具备拓展到多种海洋载体平台上应用的潜力，在深海资源探测、全球磁场模型、水下军事目标探测等方面有着显著的科学意义和应用前景。

海洋磁场传感器是开展海洋前沿科学研究、海底资源勘探、水下目标探测的主要工具之一。然而，当前海洋地磁测量仍以总场或者三分量为主，无法取得地磁场多参量信息，且现有陆地地磁矢量传感器难以满足海洋磁测的特殊要求。. 针对上述问题，本项目开展了面向海洋的地磁全要素一体化高精度测量技术研究。主要情况为：提出了一种基于亥姆霍兹线圈和标量传感器的新型地磁多参量相对测量方法，可实现磁倾角和偏角相对变化的高精度测量；通过Overhauser传感器、微弱Larmor信号提取与测频、高性能磁场发生器等关键技术攻关，研制了海洋基站式优化dIdD磁场传感器；提出一种线圈非正交性和姿态误差的检测与抑制方法，提高了仪器的实用性。在上述核心方法技术研究的基础上，建立了专用磁学测试平台，研制了海洋基站式优化dIdD磁力仪，并先后在室内的磁学测试平台和野外地磁台开展了技术指标和观测能力的测试，全面完成预期的研究目标。. 基于上述成果，在测量与仪器领域权威期刊《IEEE Transactions on Industrial Electronics》、《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》、《IEEE Transactions on Magnetics》、《Review of Scientific Instruments》等发表SCI论文9篇（入选封面论文1篇）；获得国家发明专利授权6项；新增省部级优秀人才1名，国家级学会理事1名，培养博士生2名，硕士生4名；获奖省部级科研奖励3项，指导研究生获得专业竞赛全国二等奖2项和三等奖1项；参与制定国防军工计量检定规程1项。. 本项目初步解决了现有常规海洋地磁测量方法无法开展磁向相对测量的问题，所研制磁力仪可用于海底地磁观测、水下磁目标探测等场景，并具有搭载到多种载体平台的潜力，对提高海洋磁探测能力具有推动意义。此外，相关研究可为后续的地磁自动绝对观测提供良好支撑。未来，本项目还将继续联合海洋应用单位，开展海试和规模化应用工作。