CN110161578A - 一种海洋深部流动地磁测量***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海洋深部流动地磁测量***及方法，***包括机体，机体的左右两侧安装可转动的水平翼；所述机体的尾部安装可摆动的尾翼；所述机体的后端安装推进器；所述机体的内部，搭载浮力单元、动力单元、控制及姿态控制单元、测量传感器单元以及卫星定位通讯单元。本发明提供的海洋深部流动地磁测量***及方法，搭载小型低功耗地磁总场、地磁三分量和温度、深度等多种传感器，地磁测量***直接深入到海洋底部的特定测点，从而能够精确的测量到地磁参数，另外，由于为新型流动式深海地磁测量***，实现了海洋深部无人流动地磁测量，具有人力投入成本低、台风等海洋环境对测量结果影响非常小的优点。

Description

一种海洋深部流动地磁测量***及方法

技术领域

本发明属于深海地球物理探测技术领域，具体涉及一种海洋深部流动地磁测量***及方法。

背景技术

目前，海洋地磁流动测量通常采用航空测量和船体拖曳测量两种方法。在深海区内，由于测量传感器搭载于航空器或海面船体上，与海洋深部某点的探测目标距离较远，因此，无法直接获得海洋深部的地球物理场数据，降低了探测目标的地磁特征的探测精度。另外，传统测量方法对于人力投入要求极大，也易受到台风等海洋极端环境的影响。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种海洋深部流动地磁测量***及方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种海洋深部流动地磁测量***，包括机体(1)，所述机体(1)的左右两侧安装可转动的水平翼(2)；所述机体(1)的尾部安装可摆动的尾翼(3)；所述机体(1)的后端安装推进器(4)；所述机体(1)的内部，通过支撑板分隔形成五个舱体，按从前向后方向，依次为前舱、第一中舱、第二中舱、第三中舱和尾舱；所述前舱、所述第一中舱、所述第二中舱、所述第三中舱和所述尾舱中各搭载浮力单元、动力单元、控制及姿态控制单元、测量传感器单元以及卫星定位通讯单元；

其中，所述浮力单元用于通过控制水泵给排水，实现测量***上升、悬停和下潜控制；所述动力单元，用于向所述浮力单元、所述控制及姿态控制单元、所述测量传感器单元以及所述卫星定位通讯单元提供长时间续航保证；所述控制及姿态控制单元，用于调整控制所述水平翼(2)的角度，实现测量***上升角度和下潜角度的调整；所述测量传感器单元，包括标量地磁总场探头、矢量三分量磁通门探头、温度传感器、深度传感器和姿态测量传感器，实现海下多数据参量综合测量；所述卫星定位通讯单元，用于当测量***上浮到海面时，实现测量***的实时定位以及与远程服务器进行远程通讯。

优选的，所述卫星定位通讯单元为海事和天通卫星定位通讯单元，搭载GPS和北斗卫星定位模块。

优选的，所述机体(1)采用弱磁性的海洋铝材质或钛合金材质。

本发明还提供一种海洋深部流动地磁测量***的测量方法，包括以下步骤：

步骤1，远程服务器获取地磁测量初始参数值；其中，所述地磁测量初始参数值包括：需要进行地磁测量的海洋区域海面的四个顶点经纬度坐标值、测点深度值、同一测线上测点的间距值以及傍向测线的重叠率；所述四个顶点围成的海洋区域海面形状为长方形；

步骤2，所述远程服务器根据所述地磁测量初始参数值进行测量路线规划，得到需要进行地磁测量的测线数量，以及每条测线的测量轨迹；其中，所述测量轨迹是由海面定位点和测点连接形成的折线，假设某条测线共规划n个测点，则：第1海面定位点D₁、第1测点P₁、第2海面定位点D₂、第2测点P₂、第3海面定位点D₃,…,第n测点P_n，第n+1海面定位点D_n+1依次首尾相接，形成折线形式的所述测线；并且，对于任意的第i测点P_i，i＝1,2,...,n，第i测点P_i与第i海面定位点D_i连线的距离为L1，第i测点P_i与第i+1海面定位点D_n+1连线的距离为L2，L1＝L2；对于所述测量轨迹，第1海面定位点D₁到第1测点P₁的连线为第1次下潜轨迹；第1测点P₁到第2海面定位点D₂的连线为第1次上浮轨迹；第2海面定位点D₂到第2测点P₂的连线为第2次下潜轨迹；第2测点P₂到第3海面定位点D₃的连线为第2次上浮轨迹；依此类推，形成上浮轨迹和下潜轨迹交替形式的轨迹路线；

所述远程服务器根据每条所述测线的测量轨迹，得到每个测点的测点理论经纬度坐标以及每个海面定位点的定位点理论经纬度坐标，即：对于任意的第i测点P_i，其测点理论经纬度坐标为：P_i(x_i0,y_i0)，对于任意的第j海面定位点D_j，j＝1,2,...,n+1，其海面定位点理论经纬度坐标为：D_j(x_jk,y_jk)；其中，x_i0和y_i0分别为第i测点P_i的理论经度坐标和理论纬度坐标；x_jk和y_jk分别为第j海面定位点D_j的理论经度坐标和理论纬度坐标；

步骤3，对于每条所述测线，其包含的所述上浮轨迹均平行，因此，所述远程服务器根据所述上浮轨迹得到对所述地磁测量***的第1控制模式；

对于每条所述测线，其包含的所述下浮轨迹均平行，因此，所述远程服务器根据所述下浮轨迹得到对所述地磁测量***的第2控制模式；

另外，所述远程服务器根据测量需求，得到对所述地磁测量***的第3控制模式；所述第3控制模式用于对所述地磁测量***进行悬停控制；

步骤4，在进行实际的海洋深部流动地磁测量时，根据所述测量路线规划，依次对各条测线的测点进行地磁测量，测量方式为：

步骤4.1，当对某条测线的测点进行地磁测量时，所述地磁测量***运动到初始位置D₁'，并通过卫星定位通讯单元实时向所述远程服务器发送当前实际经纬度坐标D₁'(x₁,y₁)；

步骤4.2，所述远程服务器判断初始位置D₁'对应的实际经纬度坐标D₁'(x₁,y₁)是否等于该测线对应的第1海面定位点D₁的海面定位点理论经纬度坐标D₁(x_1k,y_1k)；如果不等于，则对所述地磁测量***的初始位置进行调整，直到满足精度要求；如果等于，则执行步骤4.3；

步骤4.3，所述远程服务器按照所述第2控制模式对所述地磁测量***进行控制，使其进行第1次下潜；并且，在所述地磁测量***进行第1次下潜的过程中，通过自身搭载的深度传感器实时检测自身深度时，当达到设定的深度时，代表所述地磁测量***下潜到第1测点P₁的位置；

然后，所述远程服务器按照所述第3控制模式对所述地磁测量***进行控制，使所述地磁测量***在第1测点P₁悬停预设时间长度；并且，在所述地磁测量***悬停过程中，启动标量地磁总场探头、矢量三分量磁通门探头和姿态测量传感器，通过所述标量地磁总场探头、所述矢量三分量磁通门探头和所述姿态测量传感器，实现海下多数据地磁参量综合测量，并存储于存储设备中；

其中，通过所述标量地磁总场探头，测量与第1测点P₁对应的标量地磁总强度观测值；通过所述矢量三分量磁通门探头，测量与第1测点P₁对应的矢量地磁场三分量观测值，即：地磁场X向矢量分量、地磁场Y向矢量分量和地磁场Z向矢量分量；通过所述姿态测量传感器，测量与第1测点P₁对应的仪器空间坐标系下的俯仰角ψ、摆动角θ和侧转角

步骤4.4，当悬停时间到达设定值时，所述远程服务器按照所述第1控制模式对所述地磁测量***进行控制，使其进行第1次上浮；

步骤4.5，当所述地磁测量***上浮到海面时，其位置为D₂'，然后，通过所述卫星定位通讯单元向所述远程服务器发送D₂'的实际经纬度坐标D₂'(x₂,y₂)；

所述远程服务器判断其D₂'的实际经纬度坐标D₂'(x₂,y₂)与第2海面定位点D₂的海面定位点理论经纬度坐标D₂(x_2k,y_2k)的偏差度是否在设定范围内，如果在，则直接执行步骤4.6；如果不在，则对所述地磁测量***的位置进行修正，使其运动到第2海面定位点D₂的理论经纬度坐标D₂(x_2k,y_2k)的位置，然后再执行步骤4.6；

步骤4.6，然后，所述地磁测量***按照同样的方式进行第2次下潜、悬停和第2次上浮，测量并存储第2测点P₂的海下多数据地磁参量；如此不断循环，直到完成本测线最后一个测点的海下多数据地磁参量的测量后，再折返对下一条测线进行测量，直到完成规划的海洋区域地磁参量的测量任务；

步骤5，对于每条测线，分别得到第1测点P₁、第2测点P₂,…,第n测点P_n对应的海下多数据地磁参量值；

假设对于任意的第i测点P_i，其海下多数据地磁参量值包括：F_i、X_i、Y_i、Z_i、ψ_i、θ_i、其中，F_i、X_i、Y_i、Z_i分别为第i测点P_i的标量地磁总强度观测值、地磁场X向矢量分量、地磁场Y向矢量分量和地磁场Z向矢量分量；ψ_i、θ_i、分别为第i测点P_i的仪器空间坐标系下的俯仰角、摆动角和侧转角；

然后采用以下方式验证本条测线数据的有效性：

步骤5.1，对于任意的第i测点P_i，采用下式计算磁场偏差值δ_i：

其中：P_i为通过矢量磁探头输出正交三分量磁场值合成总强度值；

步骤5.2，因此，对于一条测线上面的n个测点，共得到n个磁场偏差值；对所述n个磁场偏差值采用以下公式计算测线***差s：

其中，δ₀为测量前矢量三分量磁通门探头标准***差；

然后，判断所述测线***差s是否小于设定阀值，如果小于，则表明本条测线对应的测线数据为有效数据，再执行步骤6；否则，舍弃本条测线的测线数据，再重复测量；

步骤6，对于测线的任意的第i测点P_i，采用下式，将仪器空间坐标系下的地磁场三分量值归算至地磁空间坐标系下的地磁场三分量值：

其中，B_xi、B_yi、B_zi分别为地磁空间坐标系下的地磁场X向、Y向和Z向分量值；

步骤7，因此，对于需要进行地磁测量的海洋区域，得到同一深度下的多个测点，每个测点均测量得到标量地磁总强度观测值、地磁空间坐标系下的地磁场X向、Y向和Z向分量值；完成地磁测量。

优选的，步骤7之后，还包括：

步骤8，根据测量得到的地磁测量参数，绘制海洋区域的地磁海图。

本发明提供的一种海洋深部流动地磁测量***及方法具有以下优点：

本发明提供的海洋深部流动地磁测量***及方法，搭载小型低功耗地磁总场、地磁三分量和温度、深度等多种传感器，地磁测量***直接深入到海洋底部的特定测点，从而能够精确的测量到地磁参数，另外，由于为新型流动式深海地磁测量***，实现了海洋深部无人流动地磁测量，具有人力投入成本低、台风等海洋环境对测量结果影响非常小的优点。

附图说明

图1为本发明提供的海洋深部流动地磁测量***的结构示意图；

图2为本发明提供的海洋深部流动地磁测量方法的三个阶段示意图；

图3为本发明提供的海洋深部流动地磁测量方法的多个测线的布置图；

图4为本发明提供的海洋深部流动地磁测量方法的单个测线上测点分布图；

图5为本发明提供的海洋深部流动地磁测量方法的姿态角示意图；

图6为本发明提供的海洋深部流动地磁测量方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种海洋深部流动地磁测量***及方法，属于深海地球物理探测领域，可以实现海洋地磁背景场测量、深海地球物理场研究、资源勘查和磁法导航，尤其可实现对深海海域的地磁连续测量。

具体的，本发明提供的海洋深部流动地磁测量***，搭载小型低功耗地磁总场、地磁三分量和温度、深度等多种传感器，地磁测量***直接深入到海洋底部的特定测点，从而能够精确的测量到地磁参数，另外，由于为新型流动式深海地磁测量***，实现了海洋深部无人流动地磁测量，具有人力投入成本低、台风等海洋环境对测量结果影响非常小的优点。

参考图1，海洋深部流动地磁测量***，包括机体1，所述机体1的左右两侧安装可转动的水平翼2；所述机体1的尾部安装可摆动的尾翼3；所述机体1的后端安装推进器4；所述机体1的内部，通过支撑板分隔形成五个舱体，按从前向后方向，依次为前舱、第一中舱、第二中舱、第三中舱和尾舱；所述前舱、所述第一中舱、所述第二中舱、所述第三中舱和所述尾舱中各搭载浮力单元、动力单元、控制及姿态控制单元、测量传感器单元以及卫星定位通讯单元；

其中，所述浮力单元用于通过控制水泵给排水，实现测量***上升、悬停和下潜控制；所述动力单元，主要包括电池仓和油仓，用于向所述浮力单元、所述控制及姿态控制单元、所述测量传感器单元以及所述卫星定位通讯单元提供长时间续航保证；所述控制及姿态控制单元，用于调整控制所述水平翼2的角度，实现测量***上升角度和下潜角度的调整；所述测量传感器单元，包括标量地磁总场探头、矢量三分量磁通门探头、温度传感器、深度传感器和姿态测量传感器，实现海下多数据参量综合测量；所述卫星定位通讯单元，为海事和天通卫星定位通讯单元，搭载GPS和北斗卫星定位模块，用于当测量***上浮到海面时，实现测量***的实时定位以及与远程服务器进行远程通讯。

机体1采用弱磁性的海洋铝材质或钛合金材质，对于磁性材料和电子原件进行有效的距离避让或磁屏蔽处理(泼墨合金包裹)。

在进行海洋深部流动地磁测量时，本发明通过构建可直接深入到海洋深部的地磁测量***，实现对特定位置测点的地磁参数测量。在本发明方法实现过程中，关键需要解决的问题为：由于当地磁测量***深入到海洋深部时，在海洋深部不存在卫星定位信号，因此，无法直接获得某个测点的地理位置坐标。所以，地磁测量***深入到某个测点并测量得到对应的地磁参数时，如何有效识别出地磁测量***测量地磁参数时的实际测点位置与理论测点位置的偏差，是解决这一问题的关键。即：如果实际测点位置与理论测点位置的偏差较小，则可以认为实际测点位置测量得到的地磁参数是有效的参数；反之，如果偏差较大，则需要及时修正或舍弃，才能够保证最终得到的地磁参数是理想位置的地磁参数。而本发明可有效解决这一技术问题。

参考图6，本发明提供一种海洋深部流动地磁测量***的测量方法，包括以下步骤：

步骤1，远程服务器获取地磁测量初始参数值；其中，所述地磁测量初始参数值包括：需要进行地磁测量的海洋区域海面的四个顶点经纬度坐标值、测点深度值、同一测线上测点的间距值以及傍向测线的重叠率；所述四个顶点围成的海洋区域海面形状为长方形；也就是说，本发明中，需要测量某个特定海洋区域中，同一深度的不同测点的地磁参数，这一测量结果对于绘制地磁海图是必不可少的数据。

步骤2，所述远程服务器根据所述地磁测量初始参数值进行测量路线规划，得到需要进行地磁测量的测线数量，以及每条测线的测量轨迹；其中，所述测量轨迹是由海面定位点和测点连接形成的折线，假设某条测线共规划n个测点，则：第1海面定位点D₁、第1测点P₁、第2海面定位点D₂、第2测点P₂、第3海面定位点D₃,…,第n测点P_n，第n+1海面定位点D_n+1依次首尾相接，形成折线形式的所述测线；并且，对于任意的第i测点P_i，i＝1,2,...,n，第i测点P_i与第i海面定位点D_i连线的距离为L1，第i测点P_i与第i+1海面定位点D_n+1连线的距离为L2，L1＝L2；对于所述测量轨迹，第1海面定位点D₁到第1测点P₁的连线为第1次下潜轨迹；第1测点P₁到第2海面定位点D₂的连线为第1次上浮轨迹；第2海面定位点D₂到第2测点P₂的连线为第2次下潜轨迹；第2测点P₂到第3海面定位点D₃的连线为第2次上浮轨迹；依此类推，形成上浮轨迹和下潜轨迹交替形式的轨迹路线；

参考图4，为规划到的一条测线的轨迹图，在图4中，P₁,P₂,…,P₈这8个测点为需要进行地磁参数测量的位于同一深度的测点。D₁,D₂,…,D₉为9个海面定位点，并且，在图4中，每个三角形均为等腰三角形。即：三角形D₁P₁D₂为等腰三角形，三角形D₂P₂D₃为等腰三角形。

所述远程服务器根据每条所述测线的测量轨迹，得到每个测点的测点理论经纬度坐标以及每个海面定位点的定位点理论经纬度坐标，即：对于任意的第i测点P_i，其测点理论经纬度坐标为：P_i(x_i0,y_i0)，对于任意的第j海面定位点D_j，j＝1,2,...,n+1，其海面定位点理论经纬度坐标为：D_j(x_jk,y_jk)；其中，x_i0和y_i0分别为第i测点P_i的理论经度坐标和理论纬度坐标；x_jk和y_jk分别为第j海面定位点D_j的理论经度坐标和理论纬度坐标；

步骤3，对于每条所述测线，其包含的所述上浮轨迹均平行，因此，所述远程服务器根据所述上浮轨迹得到对所述地磁测量***的第1控制模式；例如，根据测点和海面定位点连接边的角度和长度，得到水泵的给排水速率，以及水平翼的姿态角控制方式，从而实现按设定路线进行上浮。

对于每条所述测线，其包含的所述下浮轨迹均平行，因此，所述远程服务器根据所述下浮轨迹得到对所述地磁测量***的第2控制模式；例如，根据测点和海面定位点连接边的角度和长度，得到水泵的给排水速率，以及水平翼的姿态角控制方式，从而实现按设定路线进行下浮。

另外，所述远程服务器根据测量需求，得到对所述地磁测量***的第3控制模式；所述第3控制模式用于对所述地磁测量***进行悬停控制；例如，根据测点深度，当下潜到设定深度时，停止进水，把水平翼调平，实现悬停测量。

预先设定三种控制模式，可实现对地磁测量***下潜、悬停和上浮过程的自动控制。

步骤4，在进行实际的海洋深部流动地磁测量时，根据所述测量路线规划，依次对各条测线的测点进行地磁测：

测量方式可大致描述为：

该装置在测量中首先在海面通过卫星，完成初始测点的定位、以及测量路线规划，然后按照测点的距离设置，计算水泵的给排水速率，以及水平翼的姿态角，开始下潜作业，在深度传感器测量达到测量深度时，停止进水，把水平翼调平，悬停测量，此时数据采集器开始对地磁总场探头、三分量磁通门探头、温度、深度和姿态等数据进行同步采集。采样一段时间后，按照路径规划，调整水泵的给排水速率，以及水平翼的姿态角，开始上升作业，近海面时开始通过卫星通讯，进行装置定位和数据通讯。如此反复测量，按照测线规划实现测区的海洋深部地磁连续测量。

具体步骤如下：

步骤4.1，当对某条测线的测点进行地磁测量时，所述地磁测量***运动到初始位置D₁'，并通过卫星定位通讯单元实时向所述远程服务器发送当前实际经纬度坐标D₁'(x₁,y₁)；

步骤4.2，所述远程服务器判断初始位置D₁'对应的实际经纬度坐标D₁'(x₁,y₁)是否等于该测线对应的第1海面定位点D₁的海面定位点理论经纬度坐标D₁(x_1k,y_1k)；如果不等于，则对所述地磁测量***的初始位置进行调整，直到满足精度要求；如果等于，则执行步骤4.3；

步骤4.3，所述远程服务器按照所述第2控制模式对所述地磁测量***进行控制，使其进行第1次下潜；并且，在所述地磁测量***进行第1次下潜的过程中，通过自身搭载的深度传感器实时检测自身深度时，当达到设定的深度时，代表所述地磁测量***下潜到第1测点P₁的位置；本步骤中，原则上，通过对第2控制模式的设置，可以直接使地磁测量***下潜到所需深度。但为了避免***误差等影响，所以，通过深度传感器实时检测的深度进行进一步检验，保证地磁测量***下潜到所需深度。

然后，所述远程服务器按照所述第3控制模式对所述地磁测量***进行控制，使所述地磁测量***在第1测点P₁悬停预设时间长度；并且，在所述地磁测量***悬停过程中，启动标量地磁总场探头、矢量三分量磁通门探头和姿态测量传感器，通过所述标量地磁总场探头、所述矢量三分量磁通门探头和所述姿态测量传感器，实现海下多数据地磁参量综合测量，并存储于存储设备中；

其中，通过所述标量地磁总场探头，测量与第1测点P₁对应的标量地磁总强度观测值；通过所述矢量三分量磁通门探头，测量与第1测点P₁对应的矢量地磁场三分量观测值，即：地磁场X向矢量分量、地磁场Y向矢量分量和地磁场Z向矢量分量；通过所述姿态测量传感器，测量与第1测点P₁对应的仪器空间坐标系下的俯仰角ψ、摆动角θ和侧转角

步骤4.4，当悬停时间到达设定值时，所述远程服务器按照所述第1控制模式对所述地磁测量***进行控制，使其进行第1次上浮；

步骤4.5，当所述地磁测量***上浮到海面时，其位置为D₂'，然后，通过所述卫星定位通讯单元向所述远程服务器发送D₂'的实际经纬度坐标D₂'(x₂,y₂)；

所述远程服务器判断其D₂'的实际经纬度坐标D₂'(x₂,y₂)与第2海面定位点D₂的海面定位点理论经纬度坐标D₂(x_2k,y_2k)的偏差度是否在设定范围内，如果在，表明前一次下潜和上浮过程是按照设定的规划路线进行的，所以直接执行步骤4.6；如果不在，为了避免误差向下一次下潜和上浮过程传递，所以，对所述地磁测量***的位置进行修正，使其运动到第2海面定位点D₂的理论经纬度坐标D₂(x_2k,y_2k)的位置，然后再执行步骤4.6；

步骤4.6，然后，所述地磁测量***按照同样的方式进行第2次下潜、悬停和第2次上浮，测量并存储第2测点P₂的海下多数据地磁参量；如此不断循环，直到完成本测线最后一个测点的海下多数据地磁参量的测量后，再折返对下一条测线进行测量，直到完成规划的海洋区域地磁参量的测量任务；

步骤5，对于每条测线，分别得到第1测点P₁、第2测点P₂,…,第n测点P_n对应的海下多数据地磁参量值；

假设对于任意的第i测点P_i，其海下多数据地磁参量值包括：F_i、X_i、Y_i、Z_i、ψ_i、θ_i、其中，F_i、X_i、Y_i、Z_i分别为第i测点P_i的标量地磁总强度观测值、地磁场X向矢量分量、地磁场Y向矢量分量和地磁场Z向矢量分量；ψ_i、θ_i、分别为第i测点P_i的仪器空间坐标系下的俯仰角、摆动角和侧转角；利用机构本身的高精度陀螺和惯性导航***，获取装置运动俯仰角、摆动角和侧转角。

然后采用以下方式验证本条测线数据的有效性：

步骤5.1，对于任意的第i测点P_i，采用下式计算磁场偏差值δ_i：

其中：P_i为通过矢量磁探头输出正交三分量磁场值合成总强度值；

具体的，本发明中，测量***同时搭载两类磁场测量传感器，分别为标量地磁总场探头、矢量三分量磁通门探头；如果两个磁探头工作均正常且性能稳定，则δ应为一恒定值。测量传感器单元搭载的标量地磁总场探头测量地磁场总强度，矢量三分量磁通门探头测量地磁场南北、东西水平和垂直方向。因为标量总场探头对观测环境具有一定的要求，特别是所处位置磁梯度较大或是转向差过大时会造成仪器失调失灵状态，仪器不能正常工作，而矢量磁探头可以直接测量地磁场在仪器坐标系下正交三轴的投影分量数据。所以采用标量和矢量双磁探头的观测方式，可以同时获得多分量地磁场观测值，并且两个磁探头互相标定，提高观测数据的质量和可靠性。

步骤5.2，因此，对于一条测线上面的n个测点，共得到n个磁场偏差值；对所述n个磁场偏差值采用以下公式计算测线***差s：

其中，δ₀为测量前矢量三分量磁通门探头标准***差；

然后，判断所述测线***差s是否小于设定阀值，如果小于，则表明本条测线对应的测线数据为有效数据，再执行步骤6；否则，舍弃本条测线的测线数据，再重复测量；

通过此种检测方式，对测量数据进行及时校正，将无效数据及时舍弃，从而保证最终得到的磁场数据为有效可用的磁块数据。

步骤6，对于测线的任意的第i测点P_i，采用下式，将仪器空间坐标系下的地磁场三分量值归算至地磁空间坐标系下的地磁场三分量值：

其中，B_xi、B_yi、B_zi分别为地磁空间坐标系下的地磁场X向、Y向和Z向分量值；

利用机构本身的高精度陀螺和惯性导航***，获取装置运动姿态角度，具体分为俯仰角摆动角θ，侧转角根据旋转公式，可以将仪器空间坐标归算至地磁空间坐标系。

步骤7，因此，对于需要进行地磁测量的海洋区域，得到同一深度下的多个测点，每个测点均测量得到标量地磁总强度观测值、地磁空间坐标系下的地磁场X向、Y向和Z向分量值；完成地磁测量。

步骤7之后，还包括：

步骤8，根据测量得到的地磁测量参数，绘制海洋区域的地磁海图。

本发明提供的海洋深部流动地磁测量***及方法，搭载小型低功耗地磁总场、地磁三分量和温度、深度等多种传感器，地磁测量***直接深入到海洋底部的特定测点，从而能够精确的测量到地磁参数，另外，由于为新型流动式深海地磁测量***，实现了海洋深部无人流动地磁测量，具有人力投入成本低、台风等海洋环境对测量结果影响非常小的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种海洋深部流动地磁测量***，其特征在于，包括机体(1)，所述机体(1)的左右两侧安装可转动的水平翼(2)；所述机体(1)的尾部安装可摆动的尾翼(3)；所述机体(1)的后端安装推进器(4)；所述机体(1)的内部，通过支撑板分隔形成五个舱体，按从前向后方向，依次为前舱、第一中舱、第二中舱、第三中舱和尾舱；所述前舱、所述第一中舱、所述第二中舱、所述第三中舱和所述尾舱中各搭载浮力单元、动力单元、控制及姿态控制单元、测量传感器单元以及卫星定位通讯单元；

其中，所述浮力单元用于通过控制水泵给排水，实现测量***上升、悬停和下潜控制；所述动力单元，用于向所述浮力单元、所述控制及姿态控制单元、所述测量传感器单元以及所述卫星定位通讯单元提供长时间续航保证；所述控制及姿态控制单元，用于调整控制所述水平翼(2)的角度，实现测量***上升角度和下潜角度的调整；所述测量传感器单元，包括标量地磁总场探头、矢量三分量磁通门探头、温度传感器、深度传感器和姿态测量传感器，实现海下多数据参量综合测量；所述卫星定位通讯单元，用于当测量***上浮到海面时，实现测量***的实时定位以及与远程服务器进行远程通讯。

2.根据权利要求1所述的一种海洋深部流动地磁测量***，其特征在于，所述卫星定位通讯单元为海事和天通卫星定位通讯单元，搭载GPS和北斗卫星定位模块。

3.根据权利要求1所述的一种海洋深部流动地磁测量***，其特征在于，所述机体(1)采用弱磁性的海洋铝材质或钛合金材质。

4.一种权利要求1-3任一项所述的海洋深部流动地磁测量***的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，远程服务器获取地磁测量初始参数值；其中，所述地磁测量初始参数值包括：需要进行地磁测量的海洋区域海面的四个顶点经纬度坐标值、测点深度值、同一测线上测点的间距值以及傍向测线的重叠率；所述四个顶点围成的海洋区域海面形状为长方形；

步骤2，所述远程服务器根据所述地磁测量初始参数值进行测量路线规划，得到需要进行地磁测量的测线数量，以及每条测线的测量轨迹；其中，所述测量轨迹是由海面定位点和测点连接形成的折线，假设某条测线共规划n个测点，则：第1海面定位点D₁、第1测点P₁、第2海面定位点D₂、第2测点P₂、第3海面定位点D₃,…,第n测点P_n，第n+1海面定位点D_n+1依次首尾相接，形成折线形式的所述测线；并且，对于任意的第i测点P_i，i＝1,2,...,n，第i测点P_i与第i海面定位点D_i连线的距离为L1，第i测点P_i与第i+1海面定位点D_n+1连线的距离为L2，L1＝L2；对于所述测量轨迹，第1海面定位点D₁到第1测点P₁的连线为第1次下潜轨迹；第1测点P₁到第2海面定位点D₂的连线为第1次上浮轨迹；第2海面定位点D₂到第2测点P₂的连线为第2次下潜轨迹；第2测点P₂到第3海面定位点D₃的连线为第2次上浮轨迹；依此类推，形成上浮轨迹和下潜轨迹交替形式的轨迹路线；

所述远程服务器根据每条所述测线的测量轨迹，得到每个测点的测点理论经纬度坐标以及每个海面定位点的定位点理论经纬度坐标，即：对于任意的第i测点P_i，其测点理论经纬度坐标为：P_i(x_i0,y_i0)，对于任意的第j海面定位点D_j，j＝1,2,...,n+1，其海面定位点理论经纬度坐标为：D_j(x_jk,y_jk)；其中，x_i0和y_i0分别为第i测点P_i的理论经度坐标和理论纬度坐标；x_jk和y_jk分别为第j海面定位点D_j的理论经度坐标和理论纬度坐标；

步骤3，对于每条所述测线，其包含的所述上浮轨迹均平行，因此，所述远程服务器根据所述上浮轨迹得到对所述地磁测量***的第1控制模式；

对于每条所述测线，其包含的所述下浮轨迹均平行，因此，所述远程服务器根据所述下浮轨迹得到对所述地磁测量***的第2控制模式；

另外，所述远程服务器根据测量需求，得到对所述地磁测量***的第3控制模式；所述第3控制模式用于对所述地磁测量***进行悬停控制；

步骤4，在进行实际的海洋深部流动地磁测量时，根据所述测量路线规划，依次对各条测线的测点进行地磁测量，测量方式为：

步骤4.1，当对某条测线的测点进行地磁测量时，所述地磁测量***运动到初始位置D₁'，并通过卫星定位通讯单元实时向所述远程服务器发送当前实际经纬度坐标D₁'(x₁,y₁)；

步骤4.2，所述远程服务器判断初始位置D₁'对应的实际经纬度坐标D₁'(x₁,y₁)是否等于该测线对应的第1海面定位点D₁的海面定位点理论经纬度坐标D₁(x_1k,y_1k)；如果不等于，则对所述地磁测量***的初始位置进行调整，直到满足精度要求；如果等于，则执行步骤4.3；

步骤4.3，所述远程服务器按照所述第2控制模式对所述地磁测量***进行控制，使其进行第1次下潜；并且，在所述地磁测量***进行第1次下潜的过程中，通过自身搭载的深度传感器实时检测自身深度时，当达到设定的深度时，代表所述地磁测量***下潜到第1测点P₁的位置；

然后，所述远程服务器按照所述第3控制模式对所述地磁测量***进行控制，使所述地磁测量***在第1测点P₁悬停预设时间长度；并且，在所述地磁测量***悬停过程中，启动标量地磁总场探头、矢量三分量磁通门探头和姿态测量传感器，通过所述标量地磁总场探头、所述矢量三分量磁通门探头和所述姿态测量传感器，实现海下多数据地磁参量综合测量，并存储于存储设备中；

其中，通过所述标量地磁总场探头，测量与第1测点P₁对应的标量地磁总强度观测值；通过所述矢量三分量磁通门探头，测量与第1测点P₁对应的矢量地磁场三分量观测值，即：地磁场X向矢量分量、地磁场Y向矢量分量和地磁场Z向矢量分量；通过所述姿态测量传感器，测量与第1测点P₁对应的仪器空间坐标系下的俯仰角ψ、摆动角θ和侧转角

步骤4.4，当悬停时间到达设定值时，所述远程服务器按照所述第1控制模式对所述地磁测量***进行控制，使其进行第1次上浮；

步骤4.5，当所述地磁测量***上浮到海面时，其位置为D₂'，然后，通过所述卫星定位通讯单元向所述远程服务器发送D₂'的实际经纬度坐标D₂'(x₂,y₂)；

所述远程服务器判断其D₂'的实际经纬度坐标D₂'(x₂,y₂)与第2海面定位点D₂的海面定位点理论经纬度坐标D₂(x_2k,y_2k)的偏差度是否在设定范围内，如果在，则直接执行步骤4.6；如果不在，则对所述地磁测量***的位置进行修正，使其运动到第2海面定位点D₂的理论经纬度坐标D₂(x_2k,y_2k)的位置，然后再执行步骤4.6；

步骤4.6，然后，所述地磁测量***按照同样的方式进行第2次下潜、悬停和第2次上浮，测量并存储第2测点P₂的海下多数据地磁参量；如此不断循环，直到完成本测线最后一个测点的海下多数据地磁参量的测量后，再折返对下一条测线进行测量，直到完成规划的海洋区域地磁参量的测量任务；

步骤5，对于每条测线，分别得到第1测点P₁、第2测点P₂,…,第n测点P_n对应的海下多数据地磁参量值；

假设对于任意的第i测点P_i，其海下多数据地磁参量值包括：F_i、X_i、Y_i、Z_i、ψ_i、θ_i、其中，F_i、X_i、Y_i、Z_i分别为第i测点P_i的标量地磁总强度观测值、地磁场X向矢量分量、地磁场Y向矢量分量和地磁场Z向矢量分量；ψ_i、θ_i、分别为第i测点P_i的仪器空间坐标系下的俯仰角、摆动角和侧转角；

然后采用以下方式验证本条测线数据的有效性：

步骤5.1，对于任意的第i测点P_i，采用下式计算磁场偏差值δ_i：

其中：P_i为通过矢量磁探头输出正交三分量磁场值合成总强度值；

步骤5.2，因此，对于一条测线上面的n个测点，共得到n个磁场偏差值；对所述n个磁场偏差值采用以下公式计算测线***差s：

其中，δ₀为测量前矢量三分量磁通门探头标准***差；

然后，判断所述测线***差s是否小于设定阀值，如果小于，则表明本条测线对应的测线数据为有效数据，再执行步骤6；否则，舍弃本条测线的测线数据，再重复测量；

步骤6，对于测线的任意的第i测点P_i，采用下式，将仪器空间坐标系下的地磁场三分量值归算至地磁空间坐标系下的地磁场三分量值：

其中，B_xi、B_yi、B_zi分别为地磁空间坐标系下的地磁场X向、Y向和Z向分量值；

步骤7，因此，对于需要进行地磁测量的海洋区域，得到同一深度下的多个测点，每个测点均测量得到标量地磁总强度观测值、地磁空间坐标系下的地磁场X向、Y向和Z向分量值；完成地磁测量。

5.根据权利要求4所述的基于海洋深部流动地磁测量***的测量方法，其特征在于，步骤7之后，还包括：

步骤8，根据测量得到的地磁测量参数，绘制海洋区域的地磁海图。