水下重磁探测系统研发及理论探索 陈洁 编 专业科技 文轩网

前言
第一章海洋环境的重磁场响应及其对测量的影响1
第一节海洋介质的物理属性与运动理论1
一、海洋介质的物理属性1
二、海洋介质运动的基本理论6
第二节海洋介质多尺度时空运动重磁场响应的基本理论13
一、重力场响应理论13
二、磁场响应理论14
三、重力场响应的计算方法17
四、磁场响应计算方法23
第三节海浪的仿真模拟28
一、海浪描述的基本参数28
二、海浪频谱29
三、海浪的仿真模拟方法35
四、海浪的仿真模拟实验38
第四节基于海浪模型的磁力响应特征47
一、海浪磁力响应的计算方法48
二、静态测量状态下海浪的磁力响应特征55
三、动态测量状态下海浪的磁场响应特征63
四、海浪影响的消除方法67
第二章海洋水下位场转换理论与方法技术68
第一节稳定向下延拓的方法68
一、波数域迭代法69
二、泰勒级数迭代法70
三、水平导数迭代法70
四、3阶Adams-Bashforth公式法71
五、等效源法72
六、稳定向下延拓算法模型试验73
第二节约束向下延拓算法研究79
一、约束延拓原理79
二、约束向下延拓算法模型实验81
三、曲面延拓模型实验84
第三节延拓前各项校正85
一、正常场校正86
二、高度校正86
三、测点自由空间的重力异常87
四、中间层校正88
五、水体校正88
第三章水下动态重力测量系统92
第一节概述92
第二节捷联式重力仪测量的数学模型及误差94
一、捷联式重力测量的数学模型94
二、水下重力测量的误差模型95
三、重力传感器误差的特性分析95
四、姿态测量误差的特性分析96
五、系统位置误差的影响分析97
六、速度误差的影响分析98
七、加速度误差的影响分析99
八、时间同步误差的影响99
九、偏心改正误差的影响100
十、误差分配100
第三节设计方案101
一、功能101
二、总体设计框图101
三、组成102
四、重力仪对外接口109
第四节重力仪结构设计111
一、设计原则111
二、相关规定111
三、IMU组件结构设计112
四、传感器箱温控部分结构设计112
五、电气箱结构设计113
六、空气环境工作条件下外温控结构设计114
七、系统整体装配关系114
八、接口部分结构设计114
九、结构设计确认方法115
第五节系统热分析116
一、热分析目标116
二、系统结构布局117
三、设备在水面工作状态的热分析仿真117
四、设备在水下工作状态的热分析仿真124
第六节电气系统设计130
一、电气功能模块的划分130
二、数据采集与导航计算机130
三、二次电源组件144
第七节软件设计147
一、FPGA软件及固件设计147
二、数据记录软件设计161
三、数据处理软件165
第八节水下重力测量算法设计168
一、算法设计168
二、SINS/DVL组合导航运算173
第九节关键技术解决方案177
一、水下动态重力仪的环境适应性改进177
二、水下高精度测速定位和垂直加速度测量技术179
三、捷联式重力测量数据处理方法180
第十节水下动态重力测量系统质量保证计划191
一、可靠性方案191
二、维修性方案193
三、综合保障方案195
四、测试性方案196
五、安全性措施196
六、环境适应性方案196
七、标准化方案197
八、电磁兼容性方案197
九、人-机-环设计198
第十一节捷联式水下动态重力测量系统试验199
一、湖泊试验199
二、海上试验212
第四章水下三分量磁力测量系统213
第一节概述213
第二节技术方案214
一、磁通门传感器技术研究214
二、磁通门传感器误差补偿技术研究216
三、载体磁干扰补偿技术研究218
四、高精度磁力仪采集控制记录系统研制222
五、主要器件选用计划222
第三节详细技术设计223
一、基架结构224
二、磁通门传感器226
三、数采通信模块228
四、串口转网口模块235
五、上位机设计及使用235
第四节水下三分量磁力仪的定位定向方法241
一、坐标系与坐标转换241
二、水下自主无源定位243
三、水下初始对准248
第五节三分量磁力仪的捷联姿态测量系统的姿态算法研究257
一、水下姿态计算257
二、姿态测量系统试验研究260
三、室内外试验姿态算法验证266
四、结论270
第六节水下三分量磁力探测系统的软件设计与开发270
一、软件需求271
二、运行环境271
三、三分量磁力测量软件系统设计275
第七节方案评价及风险分析282
第八节水下三分量磁力探测系统的质量范围282
第九节水下三分量磁力测量系统的试验验证289
一、水布垭湖试290
二、海上试验293
第五章深水重磁勘探载体系统294
第一节概况294
一、概述294
二、关键技术294
第二节技术要求295
一、工作原理295
二、工作过程295
三、基本技术指标296
第三节流体动力特性数值仿真296
一、数值水洞技术简介296
二、利用数值水洞进行黏性类流体动力参数数值仿真的方法296
三、附加质量数值仿真方法298
第四节航行器外形及主要参数299
一、流体动力外形299
二、主要外形参数299
第五节网格模型300
第六节计算结果及分析302
一、坐标系定义302
二、参数定义303
三、计算结果及数据处理304
第七节系统组成341
第八节拖体结构设计341
一、总体设计341
二、定深拖体343
三、探测拖体349
四、定深拖体密封舱355
五、探测拖体密封舱358
六、重力仪密封舱360
七、磁力仪密封舱363
第九节电控系统369
一、总体电控系统设计369
二、母船设备370
三、密封舱电气连接与组成372
四、供电系统384
五、轻质复合缆与电滑环386
第十节传感器选型387
一、离底高度计387
二、深度传感器388
三、姿态仪388
四、多普勒测速仪389
五、光信标与无线电信标机389
六、声学释放器和甲板单元390
第十一节舵机设计391
一、舵机整体结构391
二、零部件设计选型392
三、控制模块396
第十二节拖曳运动仿真400
一、拖曳运动仿真目的400
二、多学科联合仿真方法400
三、拖体流体参数计算401
四、缆索建模方法401
五、拖体受力分析402
六、拖曳系统多体动力学建模403
七、拖体受到的流体动力计算404
八、探测拖体的设计405
九、探测拖体的控制律405
十、拖曳运动多学科联合仿真模型405
十一、仿真步长选取406
十二、仿真试验规划407
十三、仿真试验结果407
十四、试验数据分析413
十五、系统评估及设计建议414
第十三节测试试验414
一、实验室检测的基本方案414
二、通用测试415
第十四节六性设计要求417
一、可靠性设计417
二、可维修性设计421
三、安全性设计422
四、环境适应性设计423
五、测试性设计424
六、保障性设计425
第十五节工艺设计要求425
一、工艺文件的编制原则426
二、主要工艺流程426
三、主要工艺方法426
四、主要检测、试验项目和实施方案426
五、生产本产品需增添的主要设备426
六、产品的工艺质量保证措施和特殊的安全、环保措施426
七、关键工序的工艺措施426
八、工艺准备完成的形式和要求427
九、工艺文件的标准化、通用化要求427
十、工艺资料的管理和归档要求427
第十六节标准化设计427
一、尺寸427
二、结构427
三、热设计427
四、电气元件427
五、屏蔽428
六、印制板428
七、电源428
八、安全428
九、接口428
十、互换性428
十一、环境条件428
第十七节水池测试428
一、试验性质与目的428
二、试验过程429
三、试验结果431
第十八节湖上试验431
一、试验性质与目的432
二、试验过程432
三、试验结果433
四、试验结论435
第六章近海底重磁探测海上测试436
第一节近海底重磁探测海上试验方案436
一、测试性质和目的436
二、测试内容436
三、设备状态与指标436
四、海上测试区域439
五、实施时间439
六、海上测试方法与步骤440
七、测试结果440
八、海上测试安全441
第二节近海底重磁探测海上试验规程441
一、范围441
二、引用与参考文件442
三、总则442
四、海上作业442
五、数据资料整理444
第三节第一次海上近海底重磁探测试验444
一、探测性质与目的445
二、探测整体情况445
三、探测结果448
第四节第二次海上近海底重磁探测452
一、探测性质和目的452
二、探测整体情况452
三、探测结果455
第七章近海底重磁场数据处理解释463
第一节水上载体高分辨率磁测数据的去噪方法463
一、水上高分辨率磁测数据的去噪方法463
二、磁力测量系统误差来源465
三、全最小二乘求解算法467
四、随机磁干扰补偿与校正470
五、姿态坐标系与磁场坐标系的归一化473
六、载体磁干扰补偿技术研究476
第二节水下重磁数据校正技术研究与软件开发480
一、水下重磁测量影响因素分析480
二、水下重力数据的整理和校正483
三、水下磁测三分量数据校正489
四、水下重磁数据校正软件研发491
五、重力数据校正项目的实现495
六、磁力数据校正项目的实现498
第三节地磁日变校正方法研究与模型构建500
一、地磁台站日变观测数据分析500
二、定性规律分析501
三、定量规律分析506
四、地磁日变校正方法研究508
五、数据测试分析508
第四节重磁弱信号提取与增强方法研究510
一、弱信号提取方法510
二、构造增强技术516
第五节重磁界面反演方法研究520
一、复杂构造区三维变密度约束反演520
二、变磁性界面迭代反演524
三、全球海表与海底主磁场分布特征及两者之间的差异性527
第六节海试数据整理与处理试验528
一、海试数据的总体情况528
二、重力数据整理与处理529
三、海试三分量磁数据整理与处理532
第八章数据分析评估与应用535
第一节数据质量评价的误差分析535
一、近海底重磁各项误差分析与改正535
二、近海底重磁测量数据滤波技术分析540
第二节近海底重磁测量数据内符合质量评估549
一、交叉点不符值质量评估550
二、重复测线质量评估550
第三节近海底重磁测量数据的外符合质量研究552
一、球面解向上延拓模型552
二、考虑地形高一阶项影响的延拓模型553
三、基于移去-恢复技术考虑地形效应的延拓模型554
四、基于超高阶位模型考虑地形改正的延拓模型554
五、基于点质量方法顾及地形效应的延拓模型556
六、数值计算与分析556
第四节近海底海洋重磁实测数据评估559
一、2018年近海底重磁实测成果数据分析与质量评估559
二、2019年近海底重磁实测成果的数据质量评估574
第五节近海底重磁探测数据的应用596
一、近海底重磁探测数据一596
二、近海底重磁探测数据二602
主要参考文献614