CN103852796A - 一种水下小目标的磁异常强度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下小目标的磁异常强度测量方法，其主要技术特点是：通过海洋磁力仪探头探测得到海底磁力数据；根据海底磁力数据，将水下小目标简化为磁偶极子，并将其产生的磁场B分解为沿地磁背景场T₀方向的轴向分量B_l和横向分量B_t；取轴向分量B_l作为水下小目标的磁异常强度，并考虑水下小目标与海洋磁力仪测点之间的几何空间关系，计算水下小目标的磁异常强度。本发明采用船载海洋磁力测量模式建立海洋磁力仪测点位置、地磁背景场和目标深度与磁异常强度之间的关系，得出水下小目标产生的微弱磁异常信号的测量模型并进行水下小目标的磁异常强度测量，可广泛用于海洋测量船对海洋水下小目标的测量与分析处理。

Description

一种水下小目标的磁异常强度测量方法

技术领域

本发明属于海洋测量技术领域，尤其是一种水下小目标的磁异常强度测量方法。

背景技术

测量船拖曳海洋磁力仪探头在目标水域航行过程中，能够连续探测海底磁力，通过数据处理和分析研究，可确定水下磁性目标的大小、材质、形状和具体位置。在水下小目标磁探测中，海洋磁力仪探头实际采集的磁力测量值中不仅包括水下小目标产生的磁异常，还包括地心磁偶极子磁场、非磁偶极子磁场、地壳磁异常场、地磁日变化等，实际上是一个多种分量磁场的矢量叠加体，而从中提取有用的水下小目标微弱磁异常，并采用适当的形式直观地展现给用户，是海洋磁力测量数据处理的重要内容。

水下小目标磁探测的物理基础是：水下铁磁性小目标的存在导致其周围平缓的海洋地磁场发生畸变。在磁性体周围不同位置，磁异常强度是不同的，高于正常场的异常称为正异常，用正数表示，低于正常场的异常称为负异常，以负数表示。磁异常一般都是由正负两部分组成的，有时以正值为主，有时也会以负值为主。磁异常强度指磁异常的最大值与最小值之差值，也称为磁异常幅度，磁异常强度受磁性体的形状、规模大小、埋藏深度、产状及磁性大小和方向等因素控制。磁异常幅值的大小与磁性体的磁化强度成正比，且随磁性体的体积增大而增加。当磁性体体积一定时，磁异常随其埋深加大而减小，且曲线梯度小，异常范围加宽。

在水下小目标磁探测中，当前采用的总强度海洋磁力仪采集的磁力测量值为地磁背景场T₀和水下小目标磁场B相互叠加后的合成磁场总强度值，水下目标磁场B的存在导致平缓的地磁背景场T₀发生明显畸变。地磁背景场T₀平均在50000nT左右，与之相比，水下目标磁场B一般不超过地磁背景场T₀的1%，最多只有几百纳特，二者不是一个量级。因此，如何对水下小目标磁异常强度的测量是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、精度高且方法简便的水下小目标的磁异常强度测量方法。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种水下小目标的磁异常强度测量方法，包括以下步骤：

步骤1、通过海洋磁力仪探头探测得到海底磁力数据；

步骤2、根据海底磁力数据，将水下小目标简化为磁偶极子，并将其产生的磁场B分解为两个相互垂直的分量：沿地磁背景场T₀方向的轴向分量B_l和横向分量B_t；

步骤3、取轴向分量B_l作为水下小目标的磁异常强度，并考虑水下小目标与海洋磁力仪测点之间的几何空间关系，计算水下小目标的磁异常强度。

而且，所述步骤1通过海洋磁力仪探头探测得到海底磁力数据时，测线采用地磁子午线方向布设。

而且，所述步骤2沿地磁背景场T₀方向的轴向分量B_l和横向分量B_t的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{B}_l=\frac{\mathrm{\μ}}{4\mathrm{\π}}\frac{m}{r^3}(3{\cos }^2\mathrm{\θ}-1)\\ B_t=\frac{\mathrm{\μ}}{4\mathrm{\π}}\frac{m}{r^3}3\cos \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right.$

其中，m为水下目标磁矩，其方向与地磁背景场方向一致；r为测点相对于水下目标的向径，θ为r相对于m的夹角。

而且，所述步骤3水下小目标的磁异常强度的计算公式为：

$\mathrm{\ΔB}=\frac{\mathrm{\μ}}{4\mathrm{\π}}\frac{m}{h^3}{\cos }^3\mathrm{\ω}[{3\sin }^2(\mathrm{\ω}-I)-1]$

其中，h为水下小目标的入水深度，ω为水下小目标指向测点的天顶角，I为地磁倾角进入地球，m为水下目标磁矩。

本发明的优点和积极效果是：

本发明采用基于船载海洋磁力测量模式，建立海洋磁力仪拖鱼即测点位置（ω）、地磁背景场（I）和目标深度（h）与磁异常强度（B_l）之间的关系，从而在强大的地磁背景场环境中，实现两个相差悬殊的磁场的矢量合成，得出水下小目标产生的微弱磁异常信号的测量模型并进行水下小目标的磁异常强度测量，有效地提高水下小目标的识别、定位和定性分析能力，可广泛用于海洋测量船对海洋水下小目标的测量与分析处理。

附图说明

图1为水下小目标磁场与地磁背景场合成示意图；

图2水下小目标与海洋磁力仪拖鱼之间的空间关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种水下小目标的磁异常强度测量方法是根据船载海洋磁力测量模式建立了海洋磁力仪测点位置（ω）、地磁背景场（I）和目标深度（h）与磁异常强度（B_l）之间的关系，实现水下小目标的磁异常强度的测量功能。本方法的具体步骤包括：

步骤1、通过海洋磁力仪探头探测得到海底磁力数据。

在本步骤中，当船载海洋磁力仪对水下小目标进行走航式探测时，测线采用地磁子午线方向布设。

步骤2、根据海底磁力数据，将水下小目标简化为磁偶极子，并将其产生的磁场B分解为两个相互垂直的分量：沿地磁背景场T₀方向的轴向分量B_l和横向分量B_t：

$\left\{\begin{array}{c}{B}_l=\frac{\mathrm{\μ}}{4\mathrm{\π}}\frac{m}{r^3}(3{\cos }^2\mathrm{\θ}-1)\\ B_t=\frac{\mathrm{\μ}}{4\mathrm{\π}}\frac{m}{r^3}3\cos \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right.$

如图1所示，其中m为水下目标磁矩，其方向与地磁背景场方向一致；r为测点相对于水下目标的向径，θ为r相对于m的夹角。

步骤3、取轴向分量B_l作为水下小目标的磁异常强度，并考虑水下小目标与海洋磁力仪测点之间的几何空间关系，计算水下小目标的磁异常强度。

根据步骤2的处理结果，水下小目标磁场与地磁背景场合成后的总磁场T为：

$T=\sqrt{{(T_0+B_l)}^2+B_t^2}$

考虑到地磁背景场强度远大于水下小目标的磁场，即T₀＞＞B_t，所以T≈T₀+B_l，水下目标磁异常信号的强度为ΔB＝T-T₀≈B_l，即水下小目标磁场对地磁背景场的影响主要体现在其轴向分量B_l上，横向分量B_t的作用可以忽略不计，所以水下小目标磁异常强度可认为等于其轴向分量B_l：

$\mathrm{\ΔB}=\frac{\mathrm{\μ}}{4\mathrm{\π}}\frac{m}{r^3}({3\cos }^2\mathrm{\θ}-1).$

考虑水下小目标与海洋磁力仪测点之间的几何空间关系，将水下小目标的磁异常强度公式细化为：

$\mathrm{\ΔB}=\frac{\mathrm{\π}}{4\mathrm{\π}}\frac{m}{h^3}{\cos }^3\mathrm{\ω}[{3\sin }^2(\mathrm{\ω}-I)-1]$

从而实现水下小目标的磁异常强度计算过程的实用化。如图2所示，其中水下小目标的入水深度为h，水下小目标指向测点的天顶角为ω，地磁背景场T₀由南向北以地磁倾角I进入地球，从图2可以看出：

θ＝270°+ω-I， $\cos \mathrm{\ω}=\frac{h}{r}.$

通过以上步骤，即可实现实现水下小目标的磁异常强度的测量功能。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种水下小目标的磁异常强度测量方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、通过海洋磁力仪探头探测得到海底磁力数据；

步骤2、根据海底磁力数据，将水下小目标简化为磁偶极子，并将其产生的磁场B分解为两个相互垂直的分量：沿地磁背景场T₀方向的轴向分量B_l和横向分量B_t；

步骤3、取轴向分量B_l作为水下小目标的磁异常强度，并考虑水下小目标与海洋磁力仪测点之间的几何空间关系，计算水下小目标的磁异常强度。

2.根据权利要求1所述的一种水下小目标的磁异常强度测量方法，其特征在于：所述步骤1通过海洋磁力仪探头探测得到海底磁力数据时，测线采用地磁子午线方向布设。

3.根据权利要求1所述的一种水下小目标的磁异常强度测量方法，其特征在于：所述步骤2沿地磁背景场T₀方向的轴向分量B_l和横向分量B_t的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{B}_l=\frac{\mathrm{\μ}}{4\mathrm{\π}}\frac{m}{r^3}(3{\cos }^2\mathrm{\θ}-1)\\ B_t=\frac{\mathrm{\μ}}{4\mathrm{\π}}\frac{m}{r^3}3\cos \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right.$

其中，m为水下目标磁矩，其方向与地磁背景场方向一致；r为测点相对于水下目标的向径，θ为r相对于m的夹角。

4.根据权利要求1所述的一种水下小目标的磁异常强度测量方法，其特征在于：所述步骤3水下小目标的磁异常强度的计算公式为：

$\mathrm{\ΔB}=\frac{\mathrm{\μ}}{4\mathrm{\π}}\frac{m}{h^3}{\cos }^3\mathrm{\ω}[{3\sin }^2(\mathrm{\ω}-I)-1]$

其中，h为水下小目标的入水深度，ω为水下小目标指向测点的天顶角，I为地磁倾角进入地球，m为水下目标磁矩。

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