基于磁通门技术的海洋地理三分量磁力仪

论文摘要

地磁场是矢量场,具有磁场强度和方向两个特性,磁力仪是能够同时测量磁场强度和方向的仪器设备的统称。在海洋地质勘查与地球物理研究中,地磁场三分量的测量相比总场测量其数据能够反演出更多的磁源体特征,获取更详细的地质构造信息。传统的三分量磁力仪输出的数据建立在仪器坐标系下。因此,后期数据的处理阶段,需要结合载体姿态数据将磁力数据转换到地理坐标系下。如果磁力数据与姿态数据采集不同步,将导致转换结果出现偏差。本文针对上述问题,基于磁通门技术研制了能够直接输出地理坐标系下地磁三分量数据的磁力仪。同时,在磁力仪本体误差校正的关键技术上展开了深入的研究,并且实现了本体误差的校正。为实现磁力仪系统设计,首先明确了课题的研究背景与意义,调研了国内外地磁三分量测量的相关研究及设备的发展现状。接着对磁通门技术原理机制展开研究,分析了磁通门探头的结构与特性,比较了单分量探头与三分量探头之间的差异,重点突出了三分量探头的优势。讨论了磁异常现象及磁异常探测机制的原理。其次,实现了磁力仪的数据采集板的硬件设计、嵌入式软件设计、上位机软件设计,应用矩阵变换将仪器坐标系下的地磁三分量数据换算到地理坐标系下。然后,概括了磁力仪本体误差的定义,分析了本体误差的组成,建立了本体误差模型,研究并实现了基于粒子群优化算法的本体误差校正。在磁力仪系统的测试部分,对磁力仪系统先后经历的实验室基础测试、杭州地磁台静态对比测试、千岛湖综合测试、南海综合测试等一系列测试过程进行了详细的介绍。利用误差校正算法对测试数据进行校正处理,并绘制地磁场平面分布图。测试结果验证了磁力仪性能的可靠性。最后,针对磁力仪系统中存在的问题,提出了进一步完善与优化的意见,展望了未来磁测技术和相关仪器的研究方向及趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究背景及意义
•   1.2 课题的国内外研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 课题的研究目标及内容
•   1.4 本章小结
• 第2章 磁通门技术原理机制
•   2.1 磁通门技术的基本原理
•   2.2 单分量磁通门探头技术研究
•     2.2.1 双铁芯磁通门探头的结构及特性
•     2.2.2 磁通门信号的图解法
•     2.2.3 磁通门探头的数学模型
•     2.2.4 铁芯的聚退磁效应及探头数学模型的修正
•   2.3 三分量磁通门探头技术研究
•   2.4 磁异常探测机制
•   2.5 本章小结
• 第3章 三分量磁力仪系统实现
•   3.1 系统总体框架
•   3.2 系统硬件设计与实现
•     3.2.1 系统电源电路
•     3.2.2 传感器信号调理电路
•     3.2.3 模数转换电路
•     3.2.4 数据存储电路
•     3.2.5 实时时钟电路
•     3.2.6 微处理最小系统电路
•     3.2.7 PCB板设计与实现
•   3.3 系统软件设计与实现
•     3.3.1 嵌入式软件设计流程
•     3.3.2 微处理器启动流程
•     3.3.3 微处理器系统资源配置
•     3.3.4 传感器数据采集软件实现
•     3.3.5 数据存储单元软件实现
•     3.3.6 上位机软件设计与实现
•   3.4 本章小结
• 第4章 地理三分量数据转换
•   4.1 数据转换关系及坐标系定义
•   4.2 磁力数据转换实现
•   4.3 本章小结
• 第5章 系统本体误差校正
•   5.1 本体误差的定义
•   5.2 本体误差的组成
•   5.3 本体误差的模型
•   5.4 误差的校正算法
•   5.5 本章小结
• 第6章 磁力仪系统测试
•   6.1 实验室基础测试
•   6.2 杭州地磁台静态对比测试
•   6.3 千岛湖综合测试
•   6.4 南海综合测试
•   6.5 本章小结
• 第7章 总结与展望
•   7.1 总结
•   7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王超

导师: 章雪挺

关键词: 磁通门技术,地理坐标系,地磁三分量,矩阵变换,本体误差校正

来源: 杭州电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学,地质学,地球物理学

单位: 杭州电子科技大学

分类号: P631.23;P716.82

总页数: 82

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