CN108657393A - 一种水下拖曳式高精度重磁探测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种水下拖曳式高精度重磁探测系统及方法，所述系统包括探测拖体、定深拖体和用于拖动探测拖体和定深拖体的母船，以及设置在探测拖体上的探测设备组，所述母船上还设有甲板测控单元，母船通过光电复合缆与定深拖体机械连接，定深拖体通过轻质复合缆与探测拖体机械连接；所述探测设备组用于探测重力场和磁力场而获得重磁测量数据，探测设备组与甲板测控单元电性连接，甲板测控单元通过光电复合缆和定深拖体电性连接，甲板测控单元依次通过光电复合缆、定深拖体和轻质复合缆与探测拖体电性连接。本发明的定深拖体和探测拖体能够在2000米的深海下保持稳定的姿态，完成精准重磁探测，重力仪和磁力装置能够承受深海的高压和低温环境。

Description

一种水下拖曳式高精度重磁探测系统及方法

技术领域

本发明涉及勘探技术领域，具体是一种水下拖曳式高精度重磁探测系统及方法。

背景技术

深海勘探是当前和未来国家重点发展的关键技术，油气勘探需要有高精度的重力场和磁力场(简称为重磁，下同)的测量数据，即获得重磁测量数据，为研究海洋水下环境重磁场特征及深海物理环境对水下重磁测量的影响，需要有科学合理的探测系统及方法。对包括重磁探测在内的勘探，通常采用拖曳系统的方式来完成，母船拖曳探测拖体，探测拖体上携带有对海洋环境勘探的探测设备，探测设备将探测到的数据上传到母船上。采用拖曳系统进行勘探，目前通常采用“母船+复合缆+探测拖体”的一级拖曳系统，一级拖曳系统的理论计算及工程应用均较为成熟，但是这样的拖曳系统在深度达到千米级别的深海下，探测拖体受到母船的影响非常大，往往母船在拖曳的过程中，探测拖体上下左右偏移大且晃动剧烈，再加上探测拖体自身结构的不合理，导致探测拖体的姿态极其不稳定，而探测拖体在拖曳时水下深度及姿态变化会对设备的探测精度产生严重影响，因此目前的一级拖曳系统难以在深海完成重磁探测。

在2000米甚至更深的海洋环境中，如果拖体的流体结构及强度设计不合理，在拖曳过程中往往会导致拖体上下左右偏移和晃动，使得拖体所处的深度发生剧烈的变化，对重磁探测影响甚大，因此在这样深度的海洋环境中，对拖体的姿态有着极为严格的要求，要求对探测用的拖体俯仰角度变化极小、横滚角度变化极小，且在拖曳的过程中，拖体的深度变化极小，只有在这样严格的稳定姿态系下，才能精准地完成出深海的重磁探测，高精度的重磁测量数据。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一提供一种水下拖曳式高精度重磁探测系统，其能够解决在深海环境下，拖体不能保持姿态的稳定性而难以完成重磁探测的问题。

本发明的目的之二提供一种重磁探测方法，其能够解决在深海环境下，拖体不能保持姿态的稳定性而难以完成重磁探测的问题。

实现本发明目的之一的技术方案为：一种水下拖曳式高精度重磁探测系统，包括探测拖体、定深拖体和用于拖动探测拖体和定深拖体的母船，以及设置在探测拖体上的探测设备组，所述母船上还设有甲板测控单元，母船通过光电复合缆与定深拖体机械连接，定深拖体通过轻质复合缆与探测拖体机械连接；

所述探测设备组用于探测重力场和磁力场而获得重磁测量数据，甲板测控单元通过光电复合缆和定深拖体电性连接，甲板测控单元依次通过光电复合缆、定深拖体和轻质复合缆与探测拖体电性连接，甲板测控单元与探测拖体的电性连接至少包括甲板测控单元与探测拖体上的探测设备组电性连接，甲板测控单元用于获取定深拖体上传的数据和向定深拖体下发指令，以及获取探测拖体上传的数据和向探测拖体下发指令。

进一步地，所述定深拖体包括主框架、上盖、下盖、翼板和尾舵板，上盖和下盖分别设置在主框架的上端和下端，主框架径向的两侧各设有一个翼板，翼板竖直设置在主框架轴向的一端且与主框架垂直，两翼板之间设置有尾舵板，翼板的下端固定设置在主框架上；

所述上盖包括沿着主框架轴向从左至右依次设置的迎流体和导流体，所述下盖包括沿着主框架轴向从左至右依次设置的迎流罩、长框罩和导流罩，迎流体、导流体、迎流罩和导流罩的一端均为均弧形曲面，上盖和下盖相互配合形成中空的容纳腔，主框架位于容纳腔内；

所述导流体上设有用于确定位置的第一信标组件；

所述迎流体上设有转接件，转接件上设有用于连接的承重接头，承重接头通过销轴与转接件连接，迎流体上还设有声学应答释放器，声学应答释放器通过应答释放器安装架安装在迎流体上；

所述容纳腔上设有定深电控舱，定深电控舱为密封结构，定深电控舱上通过安装框架固定设置在容纳腔内，安装框架上还安装有第一姿态仪、第一高度计和第一深度计，第一姿态仪用于测量定深拖体的姿态，第一高度计用于测量定深拖体离海底的高度，第一深度计用于测量定深拖体伸入海底的深度；

所述第一信标组件、声学应答释放器、第一姿态仪、第一高度计和第一深度计均与甲板测控单元电性连接。

进一步地，所述上盖和下盖所构成的轮廓曲线包括A、B、C、D、E和F六段，其中，E和F段均为直线，E段对应为导流体和迎流体的直线部分，F段对应为配重底座，A、B、C和D段均为椭圆族函数曲线，A曲线和B曲线分别对应为迎流体的弧形曲面和迎流罩的弧形曲面，C曲线和D曲线分别对应为导流体的弧形曲面和导流罩的弧形曲面。

进一步地，所述A、B、C和D段的曲线方程分别是，

A段的曲线方程为：

B段的曲线方程为：

C段的曲线方程为：

D段的曲线方程为：

式中，D_A、D_B、D_C、D_D、L_A、L_B、L_C、L_D均为常数。

进一步地，所述探测拖体包括主骨架、上浮板、下底板、侧板和尾侧板，所述上浮板和下底板分别设置在主骨架的上端和下端，上浮板和下底板相互配合形成中空的容纳腔，主骨架位于容纳腔内，主骨架径向的两侧各设置一个侧板，侧板轴向方向的一端设有竖直设置的尾侧板；

所述上浮板上设有用于投放或回收用的起吊装置，上浮板还设有用于确定位置的第二信标组件；

所述上浮板包括沿着主骨架轴向从左至右依次设置的迎流上部、上面板和导流上部，所述下底板包括沿着主框架轴向从左至右依次设置的迎流下部和导流下部，迎流上部和迎流下部组成迎流部，导流上部和导流下部组成导流部；

所述容纳腔内设有探测电控舱以及与探测电控舱电性连接的探测设备组，探测设备组包括重力仪和磁力装置。

进一步地，所述探测拖体的上浮板和下底板所构成的轮廓曲线包括A1、B1、C1、D1、E1和F1六段，其中，E1段和F1段均为直线，A1、B1、C1和D1段均为椭圆族函数曲线，E1段对应为上面板的轮廓，F1段对应为侧板的底边轮廓，A1曲线和B1曲线分别对应为迎流上部和迎流下部，C1曲线和D1曲线分别对应为导流上部和导流下部。

进一步地，所述A1、B1、C1和D1段的曲线方程分别是，

A1段的曲线方程为：

B1段的曲线方程为：

C1段的曲线方程为：

D1段的曲线方程为：

式中，D_A1、D_B1、D_C1、D_D1、L_A1、L_B1、L_C1、L_D1均为常数。

进一步地，所述重力仪包括承压舱上盖、承压舱舱体、承压舱底座、测量模块、加热保温层、IMU模块和第一控制器，承压舱上盖和承压舱底座分别设置在承压舱舱体的上端和下端，承压舱上盖、承压舱舱体和承压舱底座连接形成密封的中空结构；

所述加热保温层、IMU模块和测量模块均与第一控制器电性连接，第一控制器通过光电复合缆与母船上的甲板测控单元电性连接；

所述第一控制器、测量模块、IMU模块和加热保温层均固定设置在中空结构内，测量模块用于测量温度信号，加热保温层用于加热和保温。

进一步地，所述磁力装置包括大直径筒、小直径筒、磁力仪和第三姿态仪，小直径筒的长度大于大直径筒的长度；所述大直径筒包括第一上盖、第一筒体和下盖，第一筒体为中空的圆筒形结构，第一上盖和下盖分别设置在第一筒体的两端，第一上盖和下盖与第一筒体的连接均为可拆卸且密封连接，小直径筒包括第二筒体和第二上盖，第二筒体与第一上盖及第二上盖与第二筒体之间均为密封固定连接；第一筒体内设有第三姿态仪和第二控制器，小直径筒的第二筒体内设有磁力仪，第三姿态仪和磁力仪均与第二控制器电性连接，第二控制器与轻质复合缆电性连接，进而使得磁力装置与甲板测控单元电性连接；第二控制器用于执行步骤A，所述步骤A包括以下子步骤：

步骤A1：获取磁力仪的测量数据H_mi，求出除载体外的外界固定干扰磁力H_h的值，计算公式为①：

式中，n为采样点个数，

步骤A2：采用最小二乘法求出公式②的ξ，

式中，X′＝[x²xy y²xz yz z²1]，ξ＝[a b c d e f 1]^T，a,b,c,d,e,f均为常数，F＝X′ξ,(x,y,z)表示(H_m-H_h)在0xyz坐标系下三轴分量的值，

步骤A3：根据公式③求出对称矩阵A，

步骤A4：根据方程组④，求出K和载体的固有磁场H_e，

其中，U为正交矩阵，S_A为A的特征值组成的对角阵，M＝(E+K)^-1，E为3×3的单位矩阵，K为载体感应磁场系数，

步骤A5：根据公式⑤计算出地磁场观测值H_m，

H_m＝(K+E)^-1H_e+H_h------⑤

由此得到三轴正交的H_m。

实现本发明目的之二的技术方案为：一种重磁探测方法，包括以下步骤：

步骤S1，依次将所述探测拖体、轻质复合缆、定深拖体、光电复合缆布放入水；

步骤S2，获取探测拖体的水下位置；

步骤S3，释放光电复合缆直至探测拖体到达海底，然后通过重力仪进行重力校准，重力校准结束后，收起光电复合缆使探测拖体上升；

步骤S4，当探测拖体到达水下预设深度，且距海底高度为20至200m范围内，结束收缆并启动重力仪及磁力装置进行重磁探测；

步骤S5，定深拖体实时将探测到的重磁测量数据通过光电复合缆上传至甲板测控单元，甲板测控单元对重磁测量数据和探测拖体的定位进行解算。

本发明的有益效果为：本发明采用对结构精心设计的定深拖体和探测拖体组成的二级拖曳系统，即使在2000米的深海下，定深拖体和探测拖体也能保持稳定的姿态，使得探测拖体能够完成精准重磁探测，并获得高精度的重磁测量数据；

本发明的重力仪和磁力装置能够承受深海的高压和低温环境，使得重力仪和磁力装置能够完成深海的重磁探测。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的定深拖体的结构示意图；

图3为本发明的定深拖体的上盖和下盖所构成的轮廓曲线示意图；

图4为本发明的定深拖体的声学应答释放器与配重模组连接示意图之一；

图5为本发明的定深拖体的声学应答释放器与配重模组连接示意图之一；

图6为本发明的定深拖体的内部的局部示意图；

图7为本发明的定深拖体的仰视图；

图8为本发明的探测拖体的结构示意图；

图9为本发明的探测拖体的内部的局部结构示意图；

图10为图8翻转180°后的结构示意图；

图11为本发明的探测拖体的上浮板和下底板所构成的轮廓曲线示意图；

图12为本发明的重力仪的结构示意图；

图13为本发明的重力仪的俯视图；

图14为图13的A-A线剖视结构示意图；

图15为本发明的重力仪的承压舱底座与IMU模块连接示意图；

图16为本发明的重力仪的的减震器的爆炸图；

图17为本发明的重力仪的爆炸图；

图18为图14的B处的放大示意图；

图19为本发明的重力仪的承压舱舱体变形量云图；

图20为本发明的重力仪的承压舱舱体等效应力云图；

图21为本发明的重力仪的承压舱舱体第一阶屈曲变形变形云图；

图22为本发明的重力仪的承压舱底座和承压舱上盖的等效力云图；

图23为本发明的磁力装置的结构示意图；

图24为本发明的磁力装置的变形量云图；

图25为本发明的磁力装置的等效应力云图；

图26为本发明的磁力装置的大直径筒的变形量云图；

图27为本发明的磁力装置的大直径筒的等效力云图；

图28为本发明的磁力装置的大直径筒的第一阶屈曲变形云图；

图中，1-母船、2-定深拖体、3-探测拖体、4-光电复合缆、5-轻质复合缆、201-承重接头、202-转接件、203-应答释放器安装架、204-声学应答释放器、205-第一无线电信标机、206-第一光信标机、207-导流体、208-翼板、209-尾舵板、210-导流罩、211-迎流罩、212-主框架、213-迎流体、214-配重板、215-配重底座、216-起重吊环、217-连接件、218-吊钩、219-定深电控舱、220-安装框架、221-抱箍、222-固定销轴、301-迎流上部、302-U形吊钩、303-连接组件、304-上面板、305-第二光信标机、306-导流上部、307-尾侧板、308-磁力装置、309-水平翼板、310-侧板、311-第二无线电信标机、312-迎流下部、313-主骨架、314-电滑环、315-探测电控舱、316-舵机、317-重力仪、318-导流下部、3171-承压舱上盖、3172-承压舱舱体、3173-承压舱底座、3174-测量模块、3175-加热保温层、31751-加热膜固定板、31752-加热膜、31753-保温层、3176-IMU模块、3177-连接柱、3178-减震器、31781-减震器上盖、31782-减震片、31783-减震器底座、3081-第二上盖、3082-第二筒体、3083-第一上盖、3084-第一筒体、3085-下盖。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1所示，一种水下拖曳式高精度重磁探测系统，包括探测拖体3、定深拖体2和用于拖动探测拖体3和定深拖体2的母船1，以及设置在探测拖体3上的探测设备组，所述母船1上还设有甲板测控单元，母船1通过光电复合缆4与定深拖体2机械连接，定深拖体2通过轻质复合缆5与探测拖体3机械连接；所述探测设备组用于探测重力场和磁力场而获得重磁测量数据，甲板测控单元通过光电复合缆4和定深拖体2电性连接，甲板测控单元依次通过光电复合缆4、定深拖体2和轻质复合缆5与探测拖体3电性连接，甲板测控单元与探测拖体3的电性连接至少包括甲板测控单元与探测拖体3上的探测设备组电性连接，甲板测控单元用于获取定深拖体2上传的数据和向定深拖体2下发指令，以及获取探测拖体3上传的数据和向探测拖体下发3指令。

光电复合缆和轻质复合缆同时起到机械连接和通信的作用，使得本发明的探测系统结构更简单，操作更方便。

如图2至图7所示，所述定深拖体2，包括主框架212、上盖、下盖、翼板208和尾舵板209，上盖和下盖分别设置在主框架212的上端和下端，主框架212径向的两侧各设有一个翼板208，翼板208竖直设置在主框架212轴向的一端且与主框架212垂直，两翼板208之间设置有尾舵板209，翼板208的下端通过螺栓固定设置在主框架212上，翼板208的上端设有一个主螺栓孔和若干个辅螺栓孔，若干个辅螺栓孔呈弧形排列设置，尾舵板209通过设置在主螺栓孔和辅螺栓孔上的螺栓固定在翼板208上，通过螺栓将尾舵板209设置在不同的辅螺栓孔上，可以调节尾舵板209倾斜角度的大小；

在本实施例中，尾舵板209和翼板208均采用聚乙烯材料制成；

所述上盖包括沿着主框架212轴向从左至右依次设置的迎流体213和导流体207，所述下盖包括沿着主框架212轴向从左至右依次设置的迎流罩211、长框罩和导流罩210，迎流体213、导流体207、迎流罩211和导流罩210的一端均为均弧形曲面，迎流体213、导流体207的另一端为直线部分，上盖和下盖相互配合形成中空的容纳腔，主框架212位于容纳腔内；

所述迎流体213上设有转接件202，转接件202上设有承重接头201，承重接头201通过规格为M30的销轴与转接件202连接，承重接头201为倾斜设置，光电复合缆4通过承重接头201和转接件202与定深拖体2连接；迎流体213上还设有声学应答释放器204，声学应答释放器204通过应答释放器安装架203安装在迎流体213上，应答释放器安装架203包括用于将声学应答释放器204固定住的抱箍221，声学应答释放器204上端通过固定销轴222与应答释放器安装架203固定连接，通过固定销轴222和抱箍221确保声学应答释放器204固定安装在应答释放器安装架203；

所述容纳腔上设有配重模组和定深电控舱219，配重模组包括一个配重底座215和设置在配重底座215上的若干个配重板214，通过增减配重板214的数量来调节配重模组的重量，如图7所示，配重底座215的底面介于导流罩210和迎流罩211之间，配重底座215的底面正好形成容纳腔的底面，配重底座215通过连接件217与起重吊环216连接，起重吊环216与声学应答释放器204底部的吊钩218连接，使得整个配重模组悬挂在主框架212内，声学应答释放器204用于控制吊钩218处于张开和闭合的状态之一，当吊钩218被声学应答释放器204控制而处于张开的状态时候，起重吊环216可以从吊钩218中脱离，当吊钩218被声学应答释放器204控制而处于闭合的状态时候，吊钩218钩挂起重吊环216进而通过声学应答释放器204来释放或提拉配重模组，在定深拖体2与母船1连接的复合缆断裂的意外情况发生时，发送命令控制声学应答释放器204释放配重模组，配重模组从主框架212内脱离，从而使得定深拖体2上浮进行回收；母船1设有与声学应答释放器204配合使用的释放器甲板单元，释放器甲板单元用于通过发送指令来控制声学应答释放器204释放配重模组；

所述定深电控舱219为密封结构，定深电控舱219内设有变压器、电源模块和控制模块，变压器用于将母船1提供的电压进行降压，电源模块用于给定深拖体2上的电子设备提供电源，控制模块用于控制电子设备的运行，定深电控舱219上通过安装框架220固定设置在容纳腔内，安装框架220上还安装有第一姿态仪、第一高度计和第一深度计，第一姿态仪用于当前定深拖体2的姿态数据，第一高度计用于测量当前定深拖体2离海底的高度，第一深度计用于测量当前定深拖体2伸入海底的深度，所述第一信标组件、声学应答释放器、第一姿态仪、第一高度计和第一深度计均与甲板测控单元电性连接；设置配重模组的目的是为了定深拖体2能够可靠投放和回收，为了能适应不同高度的实际深海探测环境，配重模组的重量可以调节；

在实际运行过程中，当需要回收定深拖体2时，可以通过声学应答释放器204控制来释放配重模组，定深拖体2在浮力的作用下上浮到海面，从而回收定深拖体2；

在2000米的深海中，定深电控舱219需要能够承受20MPa的外部水压，为此，定深电控舱219为圆柱形外壳结构且还需要对定深电控舱219的尺寸进行精心设计，在本实施例中，定深电控舱219的尺寸为直径324mm、长度为550mm,定深电控舱219轴向两端的封头厚度为38mm,电控舱壳体材料选用TC4钛合金，其材料特性参数为：密度4500kg/m³,抗拉强度895MPa，屈服强度825MPa，弹性模量113GPa，泊松比0.33；根据海洋环境，设计强度为25MPa(即为载荷条件为均布的静水压力)，定深电控舱219壳体外径R₀选取162mm,而壳体厚度t需要满足以下条件：

式中，为修正系数，初始计算时，取δ_s表示屈服强度，取值为825，P_j表示设计强度，取值为25；

计算得出：t≥5.6mm，考虑到设计及加工工艺等设计情况，为此，选定本实施例中的定深电控舱219壳体的厚度t＝12mm,进而确定定深电控舱219壳体的内径R＝150mm,定深电控舱219壳体的外径R₀＝162mm；

经过理论计算和实际验证，上述定深电控舱219的尺寸参数满足在2000米深海中对舱体稳定性、强度均满足要求；

所述导流体207上设有第一信标组件，通过第一信标组件可以确定当前定深拖体2的位置，第一信标组件可以与母船1上的甲板测控单元进行通信，以便于母船1能够实时知道当前定深拖体2的位置；

在本实施例中，第一信标组件为第一光信标机206和第一无线电信标机205，通过设置第一光信标机206和第一无线电信标机205可以指示近海底定深拖体2的位置，便于施工人员在布放或回收时确认定深拖体2的位置，从而可以方便在夜晚或天气状况不好的情况下进行布放与回收；

在本实施例中，所述上盖为浮力材料制成，优选地，采用高强度的玻璃微珠材料，通过采用高性能的浮力材料并将上盖安装在主框架212的上端，起到调整定深拖体2浮心和质心的作用，有效保证拖曳状态下的姿态稳定性，同时在发生水下事故后为定深拖体2的上浮提供正浮力；

为了定深拖体2能够在深海2000米甚至更深的海底下保持姿态稳定，需要对定深拖体2的轮廓结构，即定深拖体2的流体结构进行精心的设计：

如图3所示，定深拖体2的上盖和下盖所构成的轮廓曲线包括A、B、C、D、E和F六段，其中，E段和F段均为直线，E段对应为导流体207和迎流体213的直线部分，F段对应为配重底座215，A、B、C和D段均为椭圆族函数曲线，A曲线和B曲线分别对应为迎流体213弧形曲面和迎流罩211弧形曲面，C曲线和D曲线分别对应为导流体207弧形曲面和导流罩210弧形曲面，A、B、C和D段的形状由其各自的曲线方程确定，也即迎流体213弧形曲面、迎流罩211弧形曲面、导流体207弧形曲面和导流罩210弧形曲面的轮廓曲线形状分别由A、B、C和D段的曲线方程确定，A、B、F、D、C和E段首尾依次连接构成了上盖和下盖所构成的轮廓曲线形状，也即形成图2的形状，A、B、C和D段的曲线方程可在同一个原点或不同原点的0xy坐标系(即笛卡尔坐标系)下建立,A、B、C和D段在0xy坐标系下的曲线方程分别是，

A段的曲线方程为：

B段的曲线方程为：

C段的曲线方程为：

D段的曲线方程为：

其中，X_A、X_B、X_C、X_D代表x轴，Y_A、Y_B、Y_C、Y_D代表y轴，D_A、D_B、D_C、D_D、L_A、L_B、L_C、L_D均为常数，在本实施例中，它们的取值分别为600、1000、600、1000、300、500、1300、1400；E段和F段的直线长度可以根据实际定深拖体2的总长来确定，在本实施例中，E段和F段的直线长度分别为1400和1100；

尾舵板209为NACA翼型，通过设计这样的形状，配合调整尾舵板209的角度，确保定深拖体2具有良好的俯仰、翻滚和航向保持的能力，从而使得定深拖体2的姿态更稳定，尾舵板209的轮廓曲线形状由其曲线方程确定，在0xy坐标系(即笛卡尔坐标系)下建立的尾舵板209的曲线方程为：

式中，x表示x轴，y表示y轴，c表示弦长，是常数，优选为400。

如图8至11所示，所述探测拖体3，包括主骨架313、上浮板、下底板、侧板310、尾侧板307和电滑环314，所述上浮板和下底板分别设置在主骨架313的上端和下端，上浮板和下底板相互配合形成中空的容纳腔，主骨架313位于容纳腔内，主骨架313径向的两侧各设置一个侧板310，侧板310轴向方向的一端设有竖直设置的尾侧板307，沿着探测拖体3前进方向的前端设有用于连接的电滑环314，通过电滑环314连接轻质复合缆5，轻质复合缆5连接定深拖体2，实现将探测拖体3与定深拖体2连接组成二级拖曳系统；

所述上浮板上设有用于将探测拖体3投放或回收用的起吊装置，起吊装置包括连接组件303和与连接组件303连接的U形吊钩302，U形吊钩302通过螺钉固定在连接组件303上，连接组件303通过螺栓固定在上面板304上；

所述上浮板包括沿着主骨架313轴向从左至右依次设置的迎流上部301、上面板304和导流上部306，所述下底板包括沿着主骨架313轴向从左至右依次设置的迎流下部312和导流下部318，迎流上部301和迎流下部312组成迎流部，导流上部306和导流下部318组成导流部，迎流部和导流部符合流体力学，有利于探测拖体3在深海中保持姿态稳定前行；

所述容纳腔内设有探测电控舱315以及均与探测电控舱315电性连接的探测设备组，探测电控舱315控制探测设备组的运行，探测设备组可与母船1上的甲板测控单元进行单元，便于母船1接收探测设备组上传的数据或向探测设备组下发指令，本实施例中，所述探测设备组包括重力仪317、磁力装置308、第二姿态仪、第二高度计、第二深度计和多普勒测速仪(DopplEr VEloCity Log,DVL)，重力仪317用于测量重力场，磁力装置308用于测量磁力场，第二姿态仪用于当前探测拖体3的姿态数据，第二高度计用于测量当前探测拖体3离海底的高度，第二深度计用于测量当前探测拖体3深入海底的深度，DVL用于当前探测拖体3的加速度和速度等数据，加速度和速度等数据可应用于重力仪317中，重力仪317和舵机316安装在传感器安装架(图中未示出)上，传感器安装架固定安装在主骨架313上；

所述容纳腔内还设有探测电控舱315电性连接的舵机316，舵机316与设置在侧板310外侧的水平翼板309连接并可驱动水平翼板309旋转，从而调节水平翼板309的角度，通过改变水平翼板309的角度可以更好地控制探测拖体3在水中的姿态，磁力装置308、第二姿态仪、第二高度计、第二深度计和DVL均直接安装在主骨架313上，磁力装置308沿着主骨架313轴向设置且从导流下部318伸出，重力仪317竖直设置在主骨架313上。

所述上浮板设有第二信标组件，通过二信标组件可以确定当前探测拖体3的位置。

在本实施例中，第二信标组件为第二光信标机305和第二无线电信标机311，通过设置第二光信标机305和第二无线电信标机311可以指示近海底探测拖体3的位置，便于施工人员在布放或回收时确认探测拖体3的位置，从而可以方便在夜晚或天气状况不好的情况下进行布放与回收。

在本实施例中，所述上浮板为浮力材料制成，优选地，采用高强度的玻璃微珠材料，通过采用高性能的浮力材料并将上浮板安装在主骨架313的上端，起到调整定深拖体2浮心和质心的作用，有效保证探测拖体3在拖曳状态下的姿态稳定性，同时在发生水下事故后为定深拖体2的上浮提供正浮力；上浮板通过螺栓与主骨架313进行装配，且上浮板上设有用于重力仪317插拔的孔位。

如图10所述，探测拖体3的底部中段为镂空结构，使得探测电控舱315、重力仪317和磁力装置308均会直接接触到海水，使得包括探测电控舱315、重力仪317和磁力装置308在内的探测设备组可以将热量交换出去，同时，在2000米的深海中，探测电控舱315还需要能够承受20MPA的外部水压，为此，探测电控舱315为圆柱形外壳结构且还需要对探测电控舱315的尺寸进行精心设计，在本实施例中，探测电控舱315的尺寸为直径324mm、长度为680mm,探测电控舱315轴向两端的封头厚度为38mm,电控舱壳体材料选用TC4钛合金，其材料特性参数为：密度4500kg/m³,抗拉强度895MPA，屈服强度825MPA，弹性模量113GPA，泊松比0.33；根据海洋环境，设计强度为25MPA(即为载荷条件为均布的静水压力)，探测电控舱315壳体外径R₀选取162mm,而壳体厚度t需要满足以下条件：

式中，为修正系数，初始计算时，取δ_s表示屈服强度，取值为825，P_j表示设计强度，取值为25；

计算得出：t≥5.6mm，考虑到设计及加工工艺等设计情况，为此，选定本实施例中的探测电控舱315壳体的厚度t＝10mm,进而确定探测电控舱315壳体的内径R＝152mm,探测电控舱315壳体的外径R₀＝162mm。

经过理论计算和实际验证，上述探测电控舱315的尺寸参数满足在2000米深海中对舱体稳定性、强度均满足要求。

为了探测拖体3能够在深海2000米甚至更深的海底下保持姿态稳定，需要对探测拖体3的轮廓曲线结构，即探测拖体3的流体结构进行精心的设计：

如图11所示，探测拖体3的上浮板和下底板所构成的轮廓曲线包括A1、B1、C1、D1、E1和F1六段，其中，E1段和F1段均为直线，E1段对应为上面板304的轮廓，F1段对应为侧板310的底边轮廓，A1曲线和B1曲线分别对应为迎流上部301和迎流下部312，C1曲线和D1曲线分别对应为导流上部306和导流下部318，A1、B1、C1和D1段的形状由其各自的曲线方程确定，也即迎流上部301、迎流下部312、导流上部306和导流下部318的轮廓曲线形状分别由A1、B1、C1和D1段的曲线方程确定，A1、B1、F1、D1、C1和E1段首尾依次连接构成了上浮板和下底板所构成的轮廓曲线形状，也即形成图4的形状，A1、B1、C1和D1段的曲线方程可在同一个原点或不同原点的0xy坐标系(即笛卡尔坐标系)下建立，A1、B1、C1和D1段均为椭圆族函数曲线，在0xy坐标系下的曲线方程分别是，

A1段的曲线方程为：

B1段的曲线方程为：

C1段的曲线方程为：

D1段的曲线方程为：

其中，X_A1、X_B1、X_C1、X_D1代表x轴，Y_A1、Y_B1、Y_C1、Y_D1代表y轴，D_A1、D_B1、D_C1、D_D1、L_A1、L_B1、L_C1、L_D1均为常数，在本实施例中，它们的取值分别为800、800、800、800、600、600、1200、800；E1段和F1段的直线长度可以根据实际定深拖体2的总长来确定，在本实施例中，E1段和F1段的直线长度分别为1300和1700。

如图12至18所示，所述重力仪317，包括承压舱上盖3171、承压舱舱体3172、承压舱底座3173、测量模块3174、加热保温层3175、IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)模块3176和第一控制器(图中未示出)，承压舱上盖3171和承压舱底座3173分别设置在承压舱舱体3172的上端和下端，承压舱舱体3172为圆筒形结构，承压舱上盖3171、承压舱舱体3172和承压舱底座3173形成密封的中空结构，为了让承压舱上盖3171和承压舱舱体3172之间的连接既保持稳定连接，又能够保持密封，防止海水进入中空结构内损坏设备，承压舱上盖3171和承压舱舱体3172之间的连接采用螺纹连接，在连接处设有密封圈，同样地，承压舱底座3173和承压舱舱体3172之间的连接也采用螺纹连接，并在连接处设有密封圈；

所述测量模块3174和IMU模块3176固定设置在承压舱上盖3171、承压舱舱体3172和承压舱底座3173连接形成的密封的中空结构内，测量模块3174用于测量温度信号，测量模块3174包括用于测量的集成电路板和集成设置在集成电路板上的传感器组，传感器组至少包括温度传感器；IMU模块3176用于测量载体转动角度、角速度和线加速度等信息的装置，载体转动角度、角速度和线加速度等信息可用于测量重力场中，本实施例中的载体均是指探测拖体3；

所述加热保温层3175为环形结构，加热保温层3175的径向两端贴合在承压舱舱体3172的内壁上，加热保温层3175的轴向下端贴合在承压舱底座3173的内壁上，加热保温层3175的轴向上端位于测量模块3174和IMU模块3176之间，这样的设置使得IMU模块3176处于加热保温层3175内，让IMU模块3176处于一个温度较稳定的环境内，从而使得IMU模块3176测量的数据更精准；

所述IMU模块3176通过减震器3178和连接柱3177固定设置在承压舱底座3173上，分设在IMU模块3176四个角落的连接柱3177固定地设置在承压舱底座3173上，IMU模块3176通过减震器3178与连接柱3177固定连接；

所述减震器3178包括沿着减震器3178的轴向方向从上至下依次设置的减震器上盖31781、减震片31782和减震器底座31783，所述减震片31782设置若干个；通过减震器3178的设置使得减少外界运动对IMU模块3176的干扰，从而提高IMU模块3176测量数据更精准，从而也就提高了重力仪317的测量精度；

所述加热保温层3175包括沿加热保温层3175的径向方向从内至外依次设置的加热膜固定板31751、加热膜31752和保温层31753，所述加热膜31752为电加热膜，加热膜31752与测量模块3174的集成电路电性连接，通过集成电路给加热膜31752供电，使得加热膜31752产生热量，从而使得重力仪317在深海接触海水的情况下，重力仪317的中空结构内的温度也能维持稳定；

所述IMU模块3176通过测量模块上3174的集成电路板与测量模块3174电性连接，IMU模块3176和测量模块上3174均与第一控制器电性连接，第一控制器通过光电复合缆4与母船1上的甲板测控单元电性连接，从而实现重力仪317与甲板测控单元电性连接，使得重力仪317测得的测量信号可以上传至母船1上的甲板测控单元；所述第一控制器设置在中空的密封结构内，所述加热膜31752和测量模块3174均与第一控制器电性连接，第一控制器用于根据测量的温度信号控制加热膜31752的工作状态。

在本实施中，承压舱舱体3172的直径为330mm，轴向长度为350mm。

为了能够让重力仪317在2000米的深海环境下正常工作，需要对重力仪317的尺寸进行精心的设计，以便能够承受深海高压：

承压舱上盖3171、承压舱舱体3172和承压舱底座3173均为TC4钛合金材料，TC4钛合金材料特性参数为：密度4500kg/m³，抗拉强度895MPa，屈服强度825MPa，弹性模量113GPa，泊松比0.33。

本实施例中，设计强度为25MPa，承压舱舱体3172的厚度t需满足以下条件：

式中，为修正系数，初始计算时取R₀为大直径筒的外径，取R₀＝165mm，δ_s表示屈服强度，取值为825，p_j表示设计强度，取值为25，计算得出：

t≥6.4mm

考虑设计及加工工艺的实际情况，本实施例中，取承压舱舱体3172的厚度t＝10mm,此时，对应的承压舱舱体3172的内径为155mm，承压舱舱体3172的外径为165mm，经过理论计算，承压舱舱体3172的厚度在10mm下能承受的压力符合使用要求。

承压舱上盖3171和承压舱底座3173厚度及其直径相同，均需要满足下式：

式中，R为承压舱上盖3171或承压舱底座3173的直径，承压舱上盖3171或承压舱底座3173的直径等于承压舱舱体3172，即R＝155mm，t为承压舱上盖3171或承压舱底座3173的厚度，本实施例中，取t＝10mm，q为承压舱上盖3171或承压舱底座3173的均布载荷，取q＝2137163N,σ_max表示承压舱上盖3171或承压舱底座3173的最大应力，经过计算后，得出σ_max＝721Mpa<825Mpa，考虑到承压舱上盖3171或承压舱底座3173需要开孔等实际因素，我们取承压舱上盖3171和承压舱底座3173的厚度t＝42mm。

最后，我们对上述尺寸的大直径筒和小直径筒进行强度与稳定性进行校核，通过采用静态结构力学进行仿真分析它们的强度，如图19至22所示，承压舱舱体3172强度校核从图19和图20可以看出，在外压25Mpa的压力作用下，承压舱舱体3172最大应力为631.8Mpa，最大应力小于TC4钛合金的屈服强度，最大变形量为0.32mm，变形量较小，因此符合强度设计要求；

基于承压舱舱体3172静力学强度计算结果，在其变形和残余应力的基础上，保持边界条件不变，并施加静水压力(25MPa)，对承压舱舱体3172进行变形后的屈曲载荷因子计算，分析承压舱舱体3172变形后的屈曲稳定性，计算取结构的前6阶特征值，结果如下表所示：

承压舱舱体3172的静力学变形后的屈曲载荷因子计算结果

对应的承压舱舱体3172第一阶屈曲载荷因子对应的屈曲变形云图如图20所示；根据屈曲载荷因子计算结果可见，第一阶屈曲模态最容易发生失稳，临界失稳条件对应的静水压力为5.0147×28＝125.37Mpa，重力仪317使用水深为2000m，因此承压舱舱体3172设计满足使用要求。

同样，从图22可以看出，在外压25Mpa的压力下，超出材料屈服极限的应力点主要集中在承压舱上盖3171与承压舱舱体3172或承压舱底座3173与承压舱舱体3172的接触部位，此位置为应力集中点，而变形量最大的中心位置应力小于材料屈服极限，因此承压舱上盖3171和承压舱底座3173的设计强度满足使用要求。

如图23所示，所述磁力装置308，包括大直径筒、小直径筒和第二控制器(图中未示出)，所述大直径筒的直径为347mm，小直径筒的直径为99mm，小直径筒的长度大于大直径筒的长度，大直径筒的长度为530mm，属于短圆筒的结构形状，小直径筒的长度为1616mm，属于长圆筒的结构形状；所述大直径筒包括第一上盖3083、第一筒体3084和下盖3085，第一筒体3084为中空的圆筒形结构，第一筒体3084内设有第三姿态仪，第一上盖3083和下盖3085分别设置在第一筒体3084的两端，小直径筒包括第二筒体3082和第二上盖3081，第二筒体3082与第一上盖3083为密封固定连接，第二上盖3081与第二筒体3082为密封固定连接，小直径筒的第二筒体3082内设有磁通门传感器组成的磁力仪，为了便于探测磁力，小直径筒从所述探测拖体3的导流下部318穿出；为了便于将包括第三姿态仪在内的设备安装在第一筒体3084内部，将第一上盖3083和下盖3085与第一筒体3084的连接方式均设计为可拆卸连接，同时，为了保证磁力装置308能够适应水下环境，第一上盖3083和下盖3085与第一筒体3084的连接均为密封连接；第二控制器也设置在第一筒体3084内，通过第二控制器与轻质复合缆5电性连接，实现磁力装置308与甲板测控电源电性连接，进而使得甲板测控单元电性连接可以从探测拖体3获取磁力测量数据和向探测拖体3下发指令。

设计这样一大一小的变径直径筒，可以确保磁通门传感器和第三姿态仪之间保持一定的距离，避免由于靠近大直径筒内的电子设备而对磁通门传感器造成影响。

在深水环境中，磁力装置308直接接触到海水，故磁力装置308需要能够承受高压，为此需要对大直径筒和小直径筒的壁厚进行精心的设计：

大直径筒和小直径筒均采用TC4钛合金，该材料特性参数为：密度4500kg/m³，抗拉强度895MPa，屈服强度825MPa，弹性模量113GPa，泊松比0.33；

对大直径筒而言，设计强度p＝28MPa,大直径筒的厚度t(亦即是指第一筒体3084的厚度)需满足以下条件：

式中，为修正系数，初始计算时取R₀为大直径筒的外径，取R₀＝173.5mm，δ_s表示表示屈服强度，取值为825，p_j表示设计强度，取值为28，

计算得出：

t≥7.6mm

考虑设计及加工工艺的实际情况，本实施例中，取大直径筒的厚度t＝16mm,此时，对应的大直径筒的内径为157.5mm。

在这样的厚度下，需要对大直径筒的稳定性进行校核：

临界长度L_cr需要满足下式：

式中，D为大直径筒的平均直径，在本实施中，取D＝331mm，计算可得出L_cr＝1761.4mm，大直径的长度L＝530mm<L_cr,因此大直径筒属于短圆筒，这样按照短圆筒计算公式计算临界压力P_cr的值：

计算得出P_cr＝93.9Mpa，而许用外压力[P]的计算式为：

根据我国对有关压力容器设计规范规定，外压圆筒设计取m＝3.0，这样得到[P]＝31.3Mpa，设计强度p<[P]，因此大直径筒的壁厚t＝16mm满足要求。

大直径筒的第一上盖3083和下盖3085的厚度及其直径相同，均需要满足下式：

式中，R为第一上盖3083或下盖3085的直径，第一上盖3083或下盖3085的直径等于大直径筒的内径，即R＝157.5mm，t为第一上盖3083或下盖3085的厚度，本实施例中，取t＝10mm，q为第一上盖3083或下盖3085的均布载荷，取q＝2180965.5N,σ_max表示第一上盖3083或下盖3085的最大应力，

经过计算后，得出σ_max＝670.86Mpa<825Mpa，考虑到第一上盖3083和下盖3085需要开孔等实际因素，我们取第一上盖3083和下盖3085的厚度t＝40mm。

小直径筒的第二筒体3082厚度和第二上盖3081的厚度计算方式与大直径筒类似，在这里就不赘述了，最终，计算得出，小直径筒的第二筒体3082厚度为7mm,第二上盖3081的厚度为35mm。

最后，我们对上述尺寸的大直径筒和小直径筒进行强度与稳定性进行校核，通过采用静态结构力学进行仿真分析它们的强度，磁力装置308整体承压舱强度校核由图24和图25可以看出，在外压28Mpa的作用下，最大应力点出现在小直径圆筒与大直径圆筒的连接位置，但并未超过所用材料TC4钛合金的屈服强度，此位置属于应力集中点，在安全设计范围之内；大直径壳体的强度校核从图4和图5可以看出，在外压28Mpa的压力作用下，壳体最大应力为430.27Mpa，最大应力小于TC4钛合金的屈服强度，最大变形量为0.48mm，变形量较小，因此符合强度设计要求；

如图26所示，基于大直径圆筒的第一筒体3084壳体进行静力学强度计算结果，在其变形和残余应力的基础上，保持边界条件不变，并施加静水压力(28MPa)，对大直径圆筒的第一筒体3084壳体进行变形后的屈曲载荷因子计算，分析壳体变形后的屈曲稳定性。计算取结构的前6阶特征值，结果如下表所示：

阶数	1	2	3	4	5	6
							屈曲载荷因子	4.0469	4.0471	5.1414	7.406	7.4097	7.9768

第一筒体3084静力学变形后的屈曲载荷因子计算结果

根据屈曲载荷因子计算结果可见，第一阶屈曲模态最容易发生失稳，临界失稳条件对应的静水压力为4.0469×28＝113.3Mpa。本发明应用于水深为2000m，因此大直径圆筒的第一筒体3084设计满足使用要求。

同样的，小直径圆筒的强度与稳定性校核与大直径圆筒类似，经仿真分析后，小直径圆筒能够适应深海环境，满足实际的使用要求。

由于磁力仪自身的三轴的各轴之间存在非正交、各轴刻度因子不一致、零偏不一致的问题，需要对磁力仪的三轴实现轴的一致性，地磁场观测值可由公式(1)表示：

H_m＝H_e+H_s+H_h (1)

式中，H_m为地磁场观测值，也即是由磁力仪测得的三轴磁力分量，H_e为载体的固有磁场，H_s为载体上的感应磁场，H_h为除载体外的外界固定干扰磁力，

根据泊松方程，载体的感应磁场H_s与载体的固有磁场之间具有公式(2)的关系：

H_s＝KH_e (2)

式中，K为载体感应磁场系数，将公式(2)代入(7)后，得到公式(3)：

H_m＝(K+E)^-1H_e+H_h (3)

式中，E为3×3的单位矩阵，K的取值为E值的0.1-0.5倍，载体感应磁场系数K和固定干扰磁力H_h为载体磁场干扰补偿参数，同时，定义M＝(E+K)^-1,这样，对H_m的计算和分析就可转换为对矩阵M和H_h的计算和分析，而载体在地磁场变化较小的地域内运动时，比如通过将磁力装置308安装在探测拖体3上应用在海洋探测时，可以将载体的固有磁场H_e视为常量，即有(H_e)^TH_e＝const，const表示常量，这样我们可以得到公式(4)：

设矩阵A＝M^TM/||H_e||²，矩阵A是一个对称矩阵，则公式(4)可以用公式(5)来表示：

(H_m-H_h)^TA(H_m-H_h)＝1 (5)

其中，a,b,c,d,e,f均为常数。

公式(5)为椭球方程的矩阵形式，椭球中心坐标为除载体外的外界固定干扰磁力的坐标，即H_h＝(H_hx,H_hy,H_hz)，(H_hx,H_hy,H_hz)表示在X、Y、Z轴的三轴磁力分量值，

因此我们可以通过椭圆约束的最小二乘法进行椭圆拟合求取载体磁场干扰补偿参数，具体过程如下：

首先，求出除载体外的外界固定干扰磁力H_h的值，计算公式为(6)：

式中，H_mi为磁通门传感器测量数据，n的取值为采样点个数，即为磁通门传感器的个数，

然后，将矩阵A表达式代入到公式(5)中，且将公式(5)的矩阵形式转换成椭球方程的一般形式，可以得到建立在0xy坐标系(即笛卡尔坐标系)下的公式(7)：

ax²+bxy+cy²+dxz+eyz+fz²＝1 (7)

式中，x,y,z分别代表0xy坐标系下的x轴、y轴和z轴的值。

这样n个传感器测量数据H_mi对应n个(H_m-H_h)，定义H_m-H_h＝[x y z]^T，(x,y,z)表示(H_m-H_h)三轴分量的值，根据公式(5)和(7)就可以得到n个线性方程组：

F(X′,ξ)＝X′ξ＝ax²+bxy+cy²+dxz+eyz+fz²-1

式中，X′＝[x²xy y²xz yz z² 1]，ξ＝[a b c d e f 1]^T，(x,y,z)表示(H_m-H_h)在0xyz坐标系下三轴分量的值，这样矩阵A的求解就转化为约束条件下的极值求解问题，即公式(8)：

由最小二乘法求得估计值我们可以认为进而求出矩阵A；

由于对称矩阵A＝U^TS_AU，其中U为正交矩阵，S_A为A的特征值组成的对角阵，这样我们可以得到公式(9)：

根据公式(9)计算出K、H_e和根据公式(6)计算H_h后，可以得出经过补偿计算后的H_m，H_m也即是本发明需要得到的磁力值，通过上述步骤处理后即可实现由三轴磁力仪测得H_m的三方向磁场值处于零点、灵敏度一致和正交。

解决了磁力仪自身三轴正交的问题后，由于上述安装在小直径圆筒内的磁通门传感器和安装在大直径圆筒内的第三姿态仪的三轴并完全一致，为了实现磁力仪三轴方向与第三姿态仪三轴保持一致，需要依次执行以下步骤：

步骤S1：将第三姿态仪X轴旋转与磁力仪的X轴重合，根据公式(10)得到旋转后的三轴磁力分量，

式中，(x₁,y₁,z₁)为X轴旋转后的磁力仪的三轴磁力分量，(x′,y′,z′)为未旋转前的磁力仪的三轴磁力分量，也即代表了当前状态下磁力仪的三轴磁力分量，ψ为第三姿态仪的X轴与磁力仪的X轴之间的倾斜角度；

步骤S2：将第三姿态仪Y轴旋转与磁力仪的Y轴重合，根据公式(11)得到旋转后的三轴磁力分量，

式中，(x₂,y₂,z₂)为Y轴旋转后的磁力仪的三轴磁力分量，τ为第三姿态仪的Y轴与磁力仪的Y轴之间的倾斜角度；

步骤S3：将第三姿态仪Z轴旋转与磁力仪的Z轴重合，根据公式(12)得到旋转后的三轴磁力分量，

式中，(x₂,y₂,z₂)为Z轴旋转后的磁力仪的三轴磁力分量，ω为第三姿态仪的Z轴与磁力仪的Z轴之间的倾斜角度；

公式(10)、(11)和(12)中的ψ、τ和ω的值可由第三姿态仪内部的三轴加速度计直接计算出来，其计算过程在这里就不赘述了。

所述步骤A和步骤B通过第二控制器执行。

通过执行以上步骤，即可将磁力仪的三轴和第三姿态仪的三轴保持一致；上述方法是通过旋转第三姿态仪而使其各轴与磁力仪的各轴重合保持一致，当然也可以旋转磁力仪而使其各轴与第三姿态仪的各轴重合保持一致，两种旋转方式的效果是一致的。

通过将磁力仪与第三姿态仪结合来保证了磁力仪的各磁轴与对应的第三姿态仪的各轴保持一致，提高了磁力仪测量数据的精度。

通过采用上述组成的重磁探测系统实现重磁探测方法，包括以下步骤：

步骤S1，依次将所述探测拖体3、轻质复合缆5、定深拖体2、光电复合缆4布放入水，在本实施例中，通过母船1上的绞车和起吊设备进行布放；

步骤S2，通过第二信标组件获取探测拖体3的水下位置；

步骤S3，释放光电复合缆4直至探测拖体3到达海底，然后通过重力仪317进行重力校准，重力校准结束后，收起光电复合缆4使探测拖体3上升；

步骤S4，通过甲板测控单元实时监测探测拖体3的水下深度，当探测拖体3到达水下预设深度，且距海底高度为20至200m范围内，结束收缆并由甲板测控单元发出控制指令，启动重力仪317及磁力装置308进行重磁探测；

步骤S5，定深拖体2实时将水下重磁测量数据通过光电复合缆4上传至甲板测控单元，第二信标组件完成对探测拖体3相对于水面拖船的定位，甲板测控单元则对各种工况信息、探测信息及定位信息进行解算并完成探测拖体3的定位解算；

经过步骤S1至S5后可以高精度的重磁测量数据。

进一步地，所述步骤S3中，在探测拖体3上升过程中，母船1以3kn-5kn航速进行定速航行，通过母船1拖曳带动定深拖体2和探测拖体3移动。

进一步地，所述步骤S3中，重力校准包括探测拖体3下放至海底进行坐底重力校准和探测拖体3在下放过程中进行重力校准，选择在何时进行重力校准可以根据实际测量需要进行调整。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下拖曳式高精度重磁探测系统，其特征在于：包括探测拖体、定深拖体和用于拖动探测拖体和定深拖体的母船，以及设置在探测拖体上的探测设备组，所述母船上还设有甲板测控单元，母船通过光电复合缆与定深拖体机械连接，定深拖体通过轻质复合缆与探测拖体机械连接；

所述探测设备组用于探测重力场和磁力场而获得重磁测量数据，甲板测控单元通过光电复合缆和定深拖体电性连接，甲板测控单元依次通过光电复合缆、定深拖体和轻质复合缆与探测拖体电性连接，甲板测控单元与探测拖体的电性连接至少包括甲板测控单元与探测拖体上的探测设备组电性连接，甲板测控单元用于获取定深拖体上传的数据和向定深拖体下发指令，以及获取探测拖体上传的数据和向探测拖体下发指令。

2.根据权利要求1所述的水下拖曳式高精度重磁探测系统，其特征在于：所述定深拖体包括主框架、上盖、下盖、翼板和尾舵板，上盖和下盖分别设置在主框架的上端和下端，主框架径向的两侧各设有一个翼板，翼板竖直设置在主框架轴向的一端且与主框架垂直，两翼板之间设置有尾舵板，翼板的下端固定设置在主框架上；

所述上盖包括沿着主框架轴向从左至右依次设置的迎流体和导流体，所述下盖包括沿着主框架轴向从左至右依次设置的迎流罩、长框罩和导流罩，迎流体、导流体、迎流罩和导流罩的一端均为均弧形曲面，上盖和下盖相互配合形成中空的容纳腔，主框架位于容纳腔内；

所述导流体上设有用于确定位置的第一信标组件；

所述迎流体上设有转接件，转接件上设有用于连接的承重接头，承重接头通过销轴与转接件连接，迎流体上还设有声学应答释放器，声学应答释放器通过应答释放器安装架安装在迎流体上；

所述容纳腔上设有定深电控舱，定深电控舱为密封结构，定深电控舱上通过安装框架固定设置在容纳腔内，安装框架上还安装有第一姿态仪、第一高度计和第一深度计，第一姿态仪用于测量定深拖体的姿态，第一高度计用于测量定深拖体离海底的高度，第一深度计用于测量定深拖体伸入海底的深度；

所述第一信标组件、声学应答释放器、第一姿态仪、第一高度计和第一深度计均与甲板测控单元电性连接。

3.根据权利要求2所述的水下拖曳式高精度重磁探测系统，其特征在于：所述上盖和下盖所构成的轮廓曲线包括A、B、C、D、E和F六段，其中，E和F段均为直线，E段对应为导流体和迎流体的直线部分，F段对应为配重底座，A、B、C和D段均为椭圆族函数曲线，A曲线和B曲线分别对应为迎流体的弧形曲面和迎流罩的弧形曲面，C曲线和D曲线分别对应为导流体的弧形曲面和导流罩的弧形曲面。

4.根据权利要求3所述的水下拖曳式高精度重磁探测系统，其特征在于：

所述A、B、C和D段的曲线方程分别是，

A段的曲线方程为：

B段的曲线方程为：

C段的曲线方程为：

D段的曲线方程为：

式中，D_A、D_B、D_C、D_D、L_A、L_B、L_C、L_D均为常数。

5.根据权利要求1所述的水下拖曳式高精度重磁探测系统，其特征在于：所述探测拖体包括主骨架、上浮板、下底板、侧板和尾侧板，所述上浮板和下底板分别设置在主骨架的上端和下端，上浮板和下底板相互配合形成中空的容纳腔，主骨架位于容纳腔内，主骨架径向的两侧各设置一个侧板，侧板轴向方向的一端设有竖直设置的尾侧板；

所述上浮板上设有用于投放或回收用的起吊装置，上浮板还设有用于确定位置的第二信标组件；

所述上浮板包括沿着主骨架轴向从左至右依次设置的迎流上部、上面板和导流上部，所述下底板包括沿着主框架轴向从左至右依次设置的迎流下部和导流下部，迎流上部和迎流下部组成迎流部，导流上部和导流下部组成导流部；

所述容纳腔内设有探测电控舱以及与探测电控舱电性连接的探测设备组，探测设备组包括重力仪和磁力装置。

6.根据权利要求5所述的水下拖曳式高精度重磁探测系统，其特征在于：所述探测拖体的上浮板和下底板所构成的轮廓曲线包括A1、B1、C1、D1、E1和F1六段，其中，E1段和F1段均为直线，A1、B1、C1和D1段均为椭圆族函数曲线，E1段对应为上面板的轮廓，F1段对应为侧板的底边轮廓，A1曲线和B1曲线分别对应为迎流上部和迎流下部，C1曲线和D1曲线分别对应为导流上部和导流下部。

7.根据权利要求6所述的水下拖曳式高精度重磁探测系统，其特征在于：所述A1、B1、C1和D1段的曲线方程分别是，

A1段的曲线方程为：

B1段的曲线方程为：

C1段的曲线方程为：

D1段的曲线方程为：

式中，D_A1、D_B1、D_C1、D_D1、L_A1、L_B1、L_C1、L_D1均为常数。

8.根据权利要求5所述的水下拖曳式高精度重磁探测系统，其特征在于：所述重力仪包括承压舱上盖、承压舱舱体、承压舱底座、测量模块、加热保温层、IMU模块和第一控制器，承压舱上盖和承压舱底座分别设置在承压舱舱体的上端和下端，承压舱上盖、承压舱舱体和承压舱底座连接形成密封的中空结构；

所述加热保温层、IMU模块和测量模块均与第一控制器电性连接，第一控制器通过光电复合缆与母船上的甲板测控单元电性连接；

所述第一控制器、测量模块、IMU模块和加热保温层均固定设置在中空结构内，测量模块用于测量温度信号，加热保温层用于加热和保温。

9.根据权利要求5所述的水下拖曳式高精度重磁探测系统，其特征在于：所述磁力装置包括大直径筒、小直径筒、磁力仪和第三姿态仪，小直径筒的长度大于大直径筒的长度；所述大直径筒包括第一上盖、第一筒体和下盖，第一筒体为中空的圆筒形结构，第一上盖和下盖分别设置在第一筒体的两端，第一上盖和下盖与第一筒体的连接均为可拆卸且密封连接，小直径筒包括第二筒体和第二上盖，第二筒体与第一上盖及第二上盖与第二筒体之间均为密封固定连接；第一筒体内设有第三姿态仪和第二控制器，小直径筒的第二筒体内设有磁力仪，第三姿态仪和磁力仪均与第二控制器电性连接，第二控制器与轻质复合缆电性连接，进而使得磁力装置与甲板测控单元电性连接；第二控制器用于执行步骤A，所述步骤A包括以下子步骤：

步骤A1：获取磁力仪的测量数据H_mi，求出除载体外的外界固定干扰磁力H_h的值，计算公式为①：

式中，n为采样点个数，

步骤A2：采用最小二乘法求出公式②的ξ，

式中，X′＝[x² xy y² xz yz z² 1]，ξ＝[a b c d e f 1]^T，a,b,c,d,e,f均为常数，F＝X′ξ,(x,y,z)表示(H_m-H_h)在0xyz坐标系下三轴分量的值，

步骤A3：根据公式③求出对称矩阵A，

步骤A4：根据方程组④，求出K和载体的固有磁场H_e，

其中，U为正交矩阵，S_A为A的特征值组成的对角阵，M＝(E+K)^-1，E为3×3的单位矩阵，K为载体感应磁场系数，

步骤A5：根据公式⑤计算出地磁场观测值H_m，

H_m＝(K+E)^-1H_e+H_h------⑤

由此得到三轴正交的H_m。

10.一种重磁探测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1，依次将所述探测拖体、轻质复合缆、定深拖体、光电复合缆布放入水；

步骤S2，获取探测拖体的水下位置；

步骤S3，释放光电复合缆直至探测拖体到达海底，然后通过重力仪进行重力校准，重力校准结束后，收起光电复合缆使探测拖体上升；

步骤S4，当探测拖体到达水下预设深度，且距海底高度为20至200m范围内，结束收缆并启动重力仪及磁力装置进行重磁探测；

步骤S5，定深拖体实时将探测到的重磁测量数据通过光电复合缆上传至甲板测控单元，甲板测控单元对重磁测量数据和探测拖体的定位进行解算。