目錄前言第一章 海洋環(huán)境的重磁場響應及其對測量的影響 1第一節(jié) 海洋介質的物理屬性與運動理論 1一、海洋介質的物理屬性 1二、海洋介質運動的基本理論 6第二節(jié) 海洋介質多尺度時空運動重磁場響應的基本理論 13一、重力場響應理論 13二、磁場響應理論 14三、重力場響應的計算方法 17四、磁場響應計算方法 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、海浪的仿真模擬實驗 38第四節(jié) 基于海浪模型的磁力響應特征 47一、海浪磁力響應的計算方法 48二、靜態(tài)測量狀態(tài)下海浪的磁力響應特征 55三、動態(tài)測量狀態(tài)下海浪的磁場響應特征 63四、海浪影響的消除方法 67第二章 海洋水下位場轉換理論與方法技術 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、泰勒級數(shù)迭代法 70三、水平導數(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 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驗 81三、曲面延拓模型實驗 84第三節(jié) 延拓前各項校正 85一、正常場校正 86二、高度校正 86三、測點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)學模型及誤差 94一、捷聯(lián)式重力測量的數(shù)學模型 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) 設計方案 101一、功能 101二、總體設計框圖 101三、組成 102四、重力儀對外接口 109第四節(jié) 重力儀結構設計 111一、設計原則 111二、相關規(guī)定 111三、IMU 組件結構設計 112四、傳感器箱溫控部分結構設計 112五、電氣箱結構設計 113六、空氣環(huán)境工作條件下外溫控結構設計 114七、系統(tǒng)整體裝配關系 114八、接口部分結構設計 114九、結構設計確認方法 115第五節(jié) 系統(tǒng)熱分析116一、熱分析目標 116二、系統(tǒng)結構布局 117三、設備在水面工作狀態(tài)的熱分析仿真 117四、設備在水下工作狀態(tài)的熱分析仿真 124第六節(jié) 電氣系統(tǒng)設計 130一、電氣功能模塊的劃分 130二、數(shù)據(jù)采集與導航計算機 130三、二次電源組件 144第七節(jié) 軟件設計 147一、FPGA 軟件及固件設計147二、數(shù)據(jù)記錄軟件設計 161三、數(shù)據(jù)處理軟件 165第八節(jié) 水下重力測量算法設計 168一、算法設計 168二、SINS/DVL 組合導航運算 173第九節(jié) 關鍵技術解決方案 177一、水下動態(tài)重力儀的環(huán)境適應性改進 177二、水下高精度測速定位和垂直加速度測量技術 179三、捷聯(lián)式重力測量數(shù)據(jù)處理方法 180第十節(jié) 水下動態(tài)重力測量系統(tǒng)質量保證計劃 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)境適應性方案 196七、標準化方案 197八、電磁兼容性方案 197九、人-機-環(huán)設計 198第十一節(jié) 捷聯(lián)式水下動態(tài)重力測量系統(tǒng)試驗 199一、湖泊試驗 199二、海上試驗 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) 技術方案 214一、磁通門傳感器技術研究 214二、磁通門傳感器誤差補償技術研究 216三、載體磁干擾補償技術研究 218四、高精度磁力儀采集控制記錄系統(tǒng)研制 222五、主要器件選用計劃 222第三節(jié) 詳細技術設計 223一、基架結構 224二、磁通門傳感器 226三、數(shù)采通信模塊 228四、串口轉網口模塊 235五、上位機設計及使用 235第四節(jié) 水下三分量磁力儀的定位定向方法 241一、坐標系與坐標轉換 241二、水下自主無源定位 243三、水下初始對準 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)計算 257二、姿態(tài)測量系統(tǒng)試驗研究 260三、室內外試驗姿態(tài)算法驗證 266四、結論 270第六節(jié) 水下三分量磁力探測系統(tǒng)的軟件設計與開發(fā) 270一、軟件需求 271二、運行環(huán)境 271三、三分量磁力測量軟件系統(tǒng)設計 275第七節(jié) 方案評價及風險分析 282第八節(jié) 水下三分量磁力探測系統(tǒng)的質量范圍 282第九節(jié) 水下三分量磁力測量系統(tǒng)的試驗驗證 289一、水布埡湖試 290二、海上試驗 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、關鍵技術 294第二節(jié) 技術要求 295一、工作原理 295二、工作過程 295三、基本技術指標 296第三節(jié) 流體動力特性數(shù)值仿真 296一、數(shù)值水洞技術簡介 296二、利用數(shù)值水洞進行黏性類流體動力參數(shù)數(shù)值仿真的方法 296三、附加質量數(shù)值仿真方法 298第四節(jié) 航行器外形及主要參數(shù) 299一、流體動力外形 299二、主要外形參數(shù) 299第五節(jié) 網格模型 300第六節(jié) 計算結果及分析 302一、坐標系定義 302二、參數(shù)定義 303三、計算結果及數(shù)據(jù)處理 304第七節(jié) 系統(tǒng)組成 341第八節(jié) 拖體結構設計 341一、總體設計 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)設計 369二、母船設備 370三、密封艙電氣連接與組成 372四、供電系統(tǒng) 384五、輕質復合纜與電滑環(huán) 386第十節(jié) 傳感器選型 387一、離底高度計 387二、深度傳感器 388三、姿態(tài)儀 388四、多普勒測速儀 389五、光信標與無線電信標機 389六、聲學釋放器和甲板單元 390第十一節(jié) 舵機設計 391一、舵機整體結構 391二、零部件設計選型 392三、控制模塊 396第十二節(jié) 拖曳運動仿真 400一、拖曳運動仿真目的 400二、多學科聯(lián)合仿真方法 400三、拖體流體參數(shù)計算 401四、纜索建模方法 401五、拖體受力分析 402六、拖曳系統(tǒng)多體動力學建模 403七、拖體受到的流體動力計算 404八、探測拖體的設計 405九、探測拖體的控制律 405十、拖曳運動多學科聯(lián)合仿真模型 405十一、仿真步長選取 406十二、仿真試驗規(guī)劃 407十三、仿真試驗結果 407十四、試驗數(shù)據(jù)分析 413十五、系統(tǒng)評估及設計建議 414第十三節(jié) 測試試驗 414一、實驗室檢測的基本方案 414二、通用測試 415第十四節(jié) 六性設計要求 417一、可靠性設計 417二、可維修性設計 421三、安全性設計 422四、環(huán)境適應性設計 423五、測試性設計 424六、保障性設計 425第十五節(jié) 工藝設計要求 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、試驗項目和實施方案 426五、生產本產品需增添的主要設備 426六、產品的工藝質量保證措施和特殊的安全、環(huán)保措施 426七、關鍵工序的工藝措施 426八、工藝準備完成的形式和要求 427九、工藝文件的標準化、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) 標準化設計 427一、尺寸 427二、結構 427三、熱設計 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、試驗性質與目的 428二、試驗過程 429三、試驗結果 431第十八節(jié) 湖上試驗 431一、試驗性質與目的 432二、試驗過程 432三、試驗結果 433四、試驗結論 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方案 436一、測試性質和目的 436二、測試內容 436三、設備狀態(tài)與指標 436四、海上測試區(qū)域 439五、實施時間 439六、海上測試方法與步驟 440七、測試結果 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 444一、探測性質與目的 445二、探測整體情況 445三、探測結果 448第四節(jié) 第二次海上近海底重磁探測 452一、探測性質和目的 452二、探測整體情況 452三、探測結果 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、隨機磁干擾補償與校正 470五、姿態(tài)坐標系與磁場坐標系的歸一化 473六、載體磁干擾補償技術研究 476第二節(jié) 水下重磁數(shù)據(jù)校正技術研究與軟件開發(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)校正項目的實現(xiàn) 495六、磁力數(shù)據(jù)校正項目的實現(xiàn) 498第三節(jié) 地磁日變校正方法研究與模型構建 500一、地磁臺站日變觀測數(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) 重磁弱信號提取與增強方法研究 510一、弱信號提取方法 510二、構造增強技術 516第五節(jié) 重磁界面反演方法研究 520一、復雜構造區(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 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)分析評估與應用 535第一節(jié) 數(shù)據(jù)質量評價的誤差分析 535一、近海底重磁各項誤差分析與改正 535二、近海底重磁測量數(shù)據(jù)濾波技術分析 540第二節(jié) 近海底重磁測量數(shù)據(jù)內符合質量評估 549一、交叉點不符值質量評估 550二、重復測線質量評估 550第三節(jié) 近海底重磁測量數(shù)據(jù)的外符合質量研究 552一、球面解向上延拓模型 552二、考慮地形高一階項影響的延拓模型 553三、基于移去-恢復技術考慮地形效應的延拓模型 554四、基于超高階位模型考慮地形改正的延拓模型 554五、基于點質量方法顧及地形效應的延拓模型 556六、數(shù)值計算與分析 556第四節(jié) 近海底海洋重磁實測數(shù)據(jù)評估 559一、2018年近海底重磁實測成果數(shù)據(jù)分析與質量評估559二、2019年近海底重磁實測成果的數(shù)據(jù)質量評估 574第五節(jié) 近海底重磁探測數(shù)據(jù)的應用 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 614