[发明专利]一种基于浮标的深远海磁力异常探测系统及探测方法

权利要求书

1.一种基于浮标的深远海磁力异常探测方法，采用一种基于浮标的深远海磁力异常探测系统，其特征在于，所述系统包括浮标，所述浮标的仪器舱内设有数据采集器、姿态传感器、波浪传感器、三分量磁通门传感器和铯光泵磁力传感器，所述浮标顶部安装北斗通信终端和GNSS定位设备；

所述铯光泵磁力传感器用于测量浮标所在海域的磁场总值，包括地磁场、浮标干扰磁场、海水背景磁场和目标磁异常；

所述三分量磁通门传感器用于测量浮标所在海域的地磁场在浮标坐标系下的三轴分量；

所述姿态传感器用于测量浮标的偏航角、横滚角和俯仰角；

所述三分量磁通门传感器的数据和姿态传感器的数据用于铯光泵磁力传感器的磁干扰补偿；

所述波浪传感器用于测量浮标所在海域的海浪参数，用于计算浮标所在海域海水运动产生的海水背景磁场，提高磁异常测量的准确度；

所述GNSS定位设备为磁力数据提供时间和位置信息，并通过位置信息确定浮标所在海域的磁倾角；

以上数据均由数据采集器采集存储并转换至浮标坐标系下，进行磁干扰补偿解算和磁异常解算，并将发现的磁异常信息通过北斗通信终端发回至陆地；

探测方法包括如下步骤：

(1)浮标出海前进行浮标平台的磁干扰补偿计算，包括浮标平台的固定磁干扰标量值的测定和浮标平台运行时磁干扰补偿系数的测量和计算；

(2)将完成磁干扰补偿计算的浮标布放至指定海域，采集铯光泵磁力传感器、三分量磁通门传感器、姿态传感器、GNSS定位设备和波浪传感器的数据；

(3)将步骤(1)中计算得到的固定磁干扰标量值和浮标平台运行时的磁干扰补偿系数，以及步骤(2)采集到的铯光泵磁力传感器、三分量磁通门传感器、姿态传感器、GNSS定位设备数据代入补偿方程，得到消除浮标平台干扰磁场后的磁场值；

(4)然后对得到的消除浮标平台干扰磁场后的磁场值进行频谱分析，判断是否存在磁异常；

(5)利用波浪传感器测得的数据计算海水背景磁场，如果不存在磁异常，则将利用步骤(3)得到的消除浮标平台干扰磁场后的磁场值减掉海水背景磁场后，得到浮标所在海域的地磁场；

当出现磁异常时，则利用出现磁异常时计算得到的消除浮标平台干扰磁场后的磁场值减掉海水背景磁场和浮标所在海域的地磁场后，得到目标磁异常值。

2.根据权利要求1所述的一种基于浮标的深远海磁力异常探测方法，其特征在于，所述铯光泵磁力传感器放置在仪器舱的最底层，铯光泵磁力传感器的垂向中轴线与浮标的垂向中轴线重合；所述波浪传感器的安装位置与整个浮标重心重合，波浪传感器的坐标系Z轴与浮标中轴线重合，X轴和Y轴分别与浮标坐标系的X轴和Y轴平行；所述姿态传感器的坐标系Z轴与浮标垂向中轴线重合。

3.根据权利要求1所述的一种基于浮标的深远海磁力异常探测方法，其特征在于，所述数据采集器通过定时器接口采集铯光泵磁力传感器输出的频率信号，通过16位A/D端口采集三分量磁通门传感器输出的电压信号，通过串口采集姿态传感器、波浪传感器和GNSS定位设备的数据，通过串口与北斗通信终端连接，将发现的磁异常信息发回至陆地。

4.根据权利要求1所述的一种基于浮标的深远海磁力异常探测方法，其特征在于，所述步骤(1)中，浮标平台的固定磁干扰标量值的测定方法如下：选择磁场梯度小的水池，首先使用铯光泵磁力传感器测量该水池区域的地磁场，然后将铯光泵磁力传感器安装于浮标上，并将浮标静止放置在该水池区域测量磁场值，二者之差即为浮标平台的固定磁干扰标量值。

5.根据权利要求4所述的一种基于浮标的深远海磁力异常探测方法，其特征在于，所述步骤(1)中，浮标平台运行时磁干扰补偿系数的测量和计算方法如下：

将浮标放入上述选择的水池中，模拟浮标在海上工作时的实际运动状态，包括操作浮标进行旋转、横摇和纵摇三种周期性的动作，即围绕坐标系三轴转动，每个动作做3次，每次周期6-8秒，旋转的动作幅度为360°，横摇和纵摇的动作幅度选择±30°，以上流程分别在浮标航向角0°、90°、180°、270°重复四次，整个过程中浮标同时采集和存储铯光泵磁力传感器、三分量磁通门传感器、姿态传感器和GNSS定位设备的数据，然后通过磁补偿算法求得浮标平台运行时磁干扰补偿系数。