目錄前言第一章 海洋環(huán)境的重磁場響應(yīng)及其對(duì)測量的影響 1第一節(jié) 海洋介質(zhì)的物理屬性與運(yùn)動(dòng)理論 1一、海洋介質(zhì)的物理屬性 1二、海洋介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本理論 6第二節(jié) 海洋介質(zhì)多尺度時(shí)空運(yùn)動(dòng)重磁場響應(yīng)的基本理論 13一、重力場響應(yīng)理論 13二、磁場響應(yīng)理論 14三、重力場響應(yīng)的計(jì)算方法 17四、磁場響應(yīng)計(jì)算方法 23第三節(jié) 海浪的仿真模擬 28一、海浪描述的基本參數(shù) 28二、海浪頻譜 29三、海浪的仿真模擬方法 35四、海浪的仿真模擬實(shí)驗(yàn) 38第四節(jié) 基于海浪模型的磁力響應(yīng)特征 47一、海浪磁力響應(yīng)的計(jì)算方法 48二、靜態(tài)測量狀態(tài)下海浪的磁力響應(yīng)特征 55三、動(dòng)態(tài)測量狀態(tài)下海浪的磁場響應(yīng)特征 63四、海浪影響的消除方法 67第二章 海洋水下位場轉(zhuǎn)換理論與方法技術(shù) 68第一節(jié) 穩(wěn)定向下延拓的方法 68一、波數(shù)域迭代法 69二、泰勒級(jí)數(shù)迭代法 70三、水平導(dǎo)數(shù)迭代法 70四、3階 Adams-Bashforth 公式法 71五、等效源法 72六、穩(wěn)定向下延拓算法模型試驗(yàn) 73第二節(jié) 約束向下延拓算法研究 79一、約束延拓原理 79二、約束向下延拓算法模型實(shí)驗(yàn) 81三、曲面延拓模型實(shí)驗(yàn) 84第三節(jié) 延拓前各項(xiàng)校正 85一、正常場校正 86二、高度校正 86三、測點(diǎn)自由空間的重力異常 87四、中間層校正 88五、水體校正 88第三章 水下動(dòng)態(tài)重力測量系統(tǒng) 92第一節(jié) 概述 92第二節(jié) 捷聯(lián)式重力儀測量的數(shù)學(xué)模型及誤差 94一、捷聯(lián)式重力測量的數(shù)學(xué)模型 94二、水下重力測量的誤差模型 95三、重力傳感器誤差的特性分析 95四、姿態(tài)測量誤差的特性分析 96五、系統(tǒng)位置誤差的影響分析 97六、速度誤差的影響分析 98七、加速度誤差的影響分析 99八、時(shí)間同步誤差的影響 99九、偏心改正誤差的影響 100十、誤差分配 100第三節(jié) 設(shè)計(jì)方案 101一、功能 101二、總體設(shè)計(jì)框圖 101三、組成 102四、重力儀對(duì)外接口 109第四節(jié) 重力儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 111一、設(shè)計(jì)原則 111二、相關(guān)規(guī)定 111三、IMU 組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 112四、傳感器箱溫控部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 112五、電氣箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 113六、空氣環(huán)境工作條件下外溫控結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 114七、系統(tǒng)整體裝配關(guān)系 114八、接口部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 114九、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確認(rèn)方法 115第五節(jié) 系統(tǒng)熱分析116一、熱分析目標(biāo) 116二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局 117三、設(shè)備在水面工作狀態(tài)的熱分析仿真 117四、設(shè)備在水下工作狀態(tài)的熱分析仿真 124第六節(jié) 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 130一、電氣功能模塊的劃分 130二、數(shù)據(jù)采集與導(dǎo)航計(jì)算機(jī) 130三、二次電源組件 144第七節(jié) 軟件設(shè)計(jì) 147一、FPGA 軟件及固件設(shè)計(jì)147二、數(shù)據(jù)記錄軟件設(shè)計(jì) 161三、數(shù)據(jù)處理軟件 165第八節(jié) 水下重力測量算法設(shè)計(jì) 168一、算法設(shè)計(jì) 168二、SINS/DVL 組合導(dǎo)航運(yùn)算 173第九節(jié) 關(guān)鍵技術(shù)解決方案 177一、水下動(dòng)態(tài)重力儀的環(huán)境適應(yīng)性改進(jìn) 177二、水下高精度測速定位和垂直加速度測量技術(shù) 179三、捷聯(lián)式重力測量數(shù)據(jù)處理方法 180第十節(jié) 水下動(dòng)態(tài)重力測量系統(tǒng)質(zhì)量保證計(jì)劃 191一、可靠性方案 191二、維修性方案 193三、綜合保障方案 195四、測試性方案 196五、安全性措施 196六、環(huán)境適應(yīng)性方案 196七、標(biāo)準(zhǔn)化方案 197八、電磁兼容性方案 197九、人-機(jī)-環(huán)設(shè)計(jì) 198第十一節(jié) 捷聯(lián)式水下動(dòng)態(tài)重力測量系統(tǒng)試驗(yàn) 199一、湖泊試驗(yàn) 199二、海上試驗(yàn) 212第四章 水下三分量磁力測量系統(tǒng) 213第一節(jié) 概述 213第二節(jié) 技術(shù)方案 214一、磁通門傳感器技術(shù)研究 214二、磁通門傳感器誤差補(bǔ)償技術(shù)研究 216三、載體磁干擾補(bǔ)償技術(shù)研究 218四、高精度磁力儀采集控制記錄系統(tǒng)研制 222五、主要器件選用計(jì)劃 222第三節(jié) 詳細(xì)技術(shù)設(shè)計(jì) 223一、基架結(jié)構(gòu) 224二、磁通門傳感器 226三、數(shù)采通信模塊 228四、串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口模塊 235五、上位機(jī)設(shè)計(jì)及使用 235第四節(jié) 水下三分量磁力儀的定位定向方法 241一、坐標(biāo)系與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 241二、水下自主無源定位 243三、水下初始對(duì)準(zhǔn) 248第五節(jié) 三分量磁力儀的捷聯(lián)姿態(tài)測量系統(tǒng)的姿態(tài)算法研究 257一、水下姿態(tài)計(jì)算 257二、姿態(tài)測量系統(tǒng)試驗(yàn)研究 260三、室內(nèi)外試驗(yàn)姿態(tài)算法驗(yàn)證 266四、結(jié)論 270第六節(jié) 水下三分量磁力探測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與開發(fā) 270一、軟件需求 271二、運(yùn)行環(huán)境 271三、三分量磁力測量軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 275第七節(jié) 方案評(píng)價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)分析 282第八節(jié) 水下三分量磁力探測系統(tǒng)的質(zhì)量范圍 282第九節(jié) 水下三分量磁力測量系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證 289一、水布埡湖試 290二、海上試驗(yàn) 293第五章 深水重磁勘探載體系統(tǒng) 294第一節(jié) 概況 294一、概述 294二、關(guān)鍵技術(shù) 294第二節(jié) 技術(shù)要求 295一、工作原理 295二、工作過程 295三、基本技術(shù)指標(biāo) 296第三節(jié) 流體動(dòng)力特性數(shù)值仿真 296一、數(shù)值水洞技術(shù)簡介 296二、利用數(shù)值水洞進(jìn)行黏性類流體動(dòng)力參數(shù)數(shù)值仿真的方法 296三、附加質(zhì)量數(shù)值仿真方法 298第四節(jié) 航行器外形及主要參數(shù) 299一、流體動(dòng)力外形 299二、主要外形參數(shù) 299第五節(jié) 網(wǎng)格模型 300第六節(jié) 計(jì)算結(jié)果及分析 302一、坐標(biāo)系定義 302二、參數(shù)定義 303三、計(jì)算結(jié)果及數(shù)據(jù)處理 304第七節(jié) 系統(tǒng)組成 341第八節(jié) 拖體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 341一、總體設(shè)計(jì) 341二、定深拖體 343三、探測拖體 349四、定深拖體密封艙 355五、探測拖體密封艙 358六、重力儀密封艙 360七、磁力儀密封艙 363第九節(jié) 電控系統(tǒng) 369一、總體電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 369二、母船設(shè)備 370三、密封艙電氣連接與組成 372四、供電系統(tǒng) 384五、輕質(zhì)復(fù)合纜與電滑環(huán) 386第十節(jié) 傳感器選型 387一、離底高度計(jì) 387二、深度傳感器 388三、姿態(tài)儀 388四、多普勒測速儀 389五、光信標(biāo)與無線電信標(biāo)機(jī) 389六、聲學(xué)釋放器和甲板單元 390第十一節(jié) 舵機(jī)設(shè)計(jì) 391一、舵機(jī)整體結(jié)構(gòu) 391二、零部件設(shè)計(jì)選型 392三、控制模塊 396第十二節(jié) 拖曳運(yùn)動(dòng)仿真 400一、拖曳運(yùn)動(dòng)仿真目的 400二、多學(xué)科聯(lián)合仿真方法 400三、拖體流體參數(shù)計(jì)算 401四、纜索建模方法 401五、拖體受力分析 402六、拖曳系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)建模 403七、拖體受到的流體動(dòng)力計(jì)算 404八、探測拖體的設(shè)計(jì) 405九、探測拖體的控制律 405十、拖曳運(yùn)動(dòng)多學(xué)科聯(lián)合仿真模型 405十一、仿真步長選取 406十二、仿真試驗(yàn)規(guī)劃 407十三、仿真試驗(yàn)結(jié)果 407十四、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 413十五、系統(tǒng)評(píng)估及設(shè)計(jì)建議 414第十三節(jié) 測試試驗(yàn) 414一、實(shí)驗(yàn)室檢測的基本方案 414二、通用測試 415第十四節(jié) 六性設(shè)計(jì)要求 417一、可靠性設(shè)計(jì) 417二、可維修性設(shè)計(jì) 421三、安全性設(shè)計(jì) 422四、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì) 423五、測試性設(shè)計(jì) 424六、保障性設(shè)計(jì) 425第十五節(jié) 工藝設(shè)計(jì)要求 425一、工藝文件的編制原則 426二、主要工藝流程 426三、主要工藝方法 426四、主要檢測、試驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)施方案 426五、生產(chǎn)本產(chǎn)品需增添的主要設(shè)備 426六、產(chǎn)品的工藝質(zhì)量保證措施和特殊的安全、環(huán)保措施 426七、關(guān)鍵工序的工藝措施 426八、工藝準(zhǔn)備完成的形式和要求 427九、工藝文件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化要求 427十、工藝資料的管理和歸檔要求 427第十六節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì) 427一、尺寸 427二、結(jié)構(gòu) 427三、熱設(shè)計(jì) 427四、電氣元件 427五、屏蔽 428六、印制板 428七、電源 428八、安全 428九、接口 428十、互換性 428十一、環(huán)境條件 428第十七節(jié) 水池測試 428一、試驗(yàn)性質(zhì)與目的 428二、試驗(yàn)過程 429三、試驗(yàn)結(jié)果 431第十八節(jié) 湖上試驗(yàn) 431一、試驗(yàn)性質(zhì)與目的 432二、試驗(yàn)過程 432三、試驗(yàn)結(jié)果 433四、試驗(yàn)結(jié)論 435第六章 近海底重磁探測海上測試 436第一節(jié) 近海底重磁探測海上試驗(yàn)方案 436一、測試性質(zhì)和目的 436二、測試內(nèi)容 436三、設(shè)備狀態(tài)與指標(biāo) 436四、海上測試區(qū)域 439五、實(shí)施時(shí)間 439六、海上測試方法與步驟 440七、測試結(jié)果 440八、海上測試安全 441第二節(jié) 近海底重磁探測海上試驗(yàn)規(guī)程 441一、范圍 441二、引用與參考文件 442三、總則 442四、海上作業(yè) 442五、數(shù)據(jù)資料整理 444第三節(jié) 第一次海上近海底重磁探測試驗(yàn) 444一、探測性質(zhì)與目的 445二、探測整體情況 445三、探測結(jié)果 448第四節(jié) 第二次海上近海底重磁探測 452一、探測性質(zhì)和目的 452二、探測整體情況 452三、探測結(jié)果 455第七章 近海底重磁場數(shù)據(jù)處理解釋 463第一節(jié) 水上載體高分辨率磁測數(shù)據(jù)的去噪方法 463一、水上高分辨率磁測數(shù)據(jù)的去噪方法 463二、磁力測量系統(tǒng)誤差來源 465三、全最小二乘求解算法 467四、隨機(jī)磁干擾補(bǔ)償與校正 470五、姿態(tài)坐標(biāo)系與磁場坐標(biāo)系的歸一化 473六、載體磁干擾補(bǔ)償技術(shù)研究 476第二節(jié) 水下重磁數(shù)據(jù)校正技術(shù)研究與軟件開發(fā) 480一、水下重磁測量影響因素分析 480二、水下重力數(shù)據(jù)的整理和校正 483三、水下磁測三分量數(shù)據(jù)校正 489四、水下重磁數(shù)據(jù)校正軟件研發(fā) 491五、重力數(shù)據(jù)校正項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn) 495六、磁力數(shù)據(jù)校正項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn) 498第三節(jié) 地磁日變校正方法研究與模型構(gòu)建 500一、地磁臺(tái)站日變觀測數(shù)據(jù)分析 500二、定性規(guī)律分析 501三、定量規(guī)律分析 506四、地磁日變校正方法研究 508五、數(shù)據(jù)測試分析 508第四節(jié) 重磁弱信號(hào)提取與增強(qiáng)方法研究 510一、弱信號(hào)提取方法 510二、構(gòu)造增強(qiáng)技術(shù) 516第五節(jié) 重磁界面反演方法研究 520一、復(fù)雜構(gòu)造區(qū)三維變密度約束反演 520二、變磁性界面迭代反演 524三、全球海表與海底主磁場分布特征及兩者之間的差異性 527第六節(jié) 海試數(shù)據(jù)整理與處理試驗(yàn) 528一、海試數(shù)據(jù)的總體情況 528二、重力數(shù)據(jù)整理與處理 529三、海試三分量磁數(shù)據(jù)整理與處理 532第八章 數(shù)據(jù)分析評(píng)估與應(yīng)用 535第一節(jié) 數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)的誤差分析 535一、近海底重磁各項(xiàng)誤差分析與改正 535二、近海底重磁測量數(shù)據(jù)濾波技術(shù)分析 540第二節(jié) 近海底重磁測量數(shù)據(jù)內(nèi)符合質(zhì)量評(píng)估 549一、交叉點(diǎn)不符值質(zhì)量評(píng)估 550二、重復(fù)測線質(zhì)量評(píng)估 550第三節(jié) 近海底重磁測量數(shù)據(jù)的外符合質(zhì)量研究 552一、球面解向上延拓模型 552二、考慮地形高一階項(xiàng)影響的延拓模型 553三、基于移去-恢復(fù)技術(shù)考慮地形效應(yīng)的延拓模型 554四、基于超高階位模型考慮地形改正的延拓模型 554五、基于點(diǎn)質(zhì)量方法顧及地形效應(yīng)的延拓模型 556六、數(shù)值計(jì)算與分析 556第四節(jié) 近海底海洋重磁實(shí)測數(shù)據(jù)評(píng)估 559一、2018年近海底重磁實(shí)測成果數(shù)據(jù)分析與質(zhì)量評(píng)估559二、2019年近海底重磁實(shí)測成果的數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估 574第五節(jié) 近海底重磁探測數(shù)據(jù)的應(yīng)用 596一、近海底重磁探測數(shù)據(jù)一 596二、近海底重磁探測數(shù)據(jù)二 602主要參考文獻(xiàn) 614