应用于浅层水域船载硬链接的高精度铯光泵动态磁测系统

摘要

本发明提供一种应用于浅层水域船载硬链接的高精度铯光泵动态磁测系统，其特征在于包括船载快拆连接结构、铯光泵采集系统、RTK定位结构、IMU惯导系统、水密封装探头罩、供电系统，所述铯光泵采集系统下侧安装有船载快拆连接结构，所述铯光泵采集系统、船载快拆连接结构通过快拆螺丝和船只进行连接，所述铯光泵采集系统上侧安装有RTK定位结构、IMU惯导系统和水密封装探头罩，所述供电系统分别和铯光泵采集系统、RTK定位结构、IMU惯导系统连接；本发明将船载铯光泵系统进行了相关的改装，配套了角度测量器，碳纤维伸缩管，密封防水探头外罩，IMU惯导系统，整套装置可独立使用，不限制装载船载型号，并且可根据不同船只进行连接装置的变换。

说明书

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种应用于浅层水域船载硬链接的高精度铯光泵动态磁测系统。

背景技术

地球周围存在的磁场称为地磁场。海洋地磁场测量通常是通过船只携带磁力仪在海上航行而进行地磁测量的过程。目前大多数海洋磁场测量只能使用拖曳方式工作，磁力探头拖曳于调查船后的海水中，拖曳用电缆长度大于船长的3 倍。这种作业方式在一些海区容易受到限制，如近海养殖区、极地浮冰区等，会导致磁力探头的损坏甚至丢失。为了解决这一问题专利号为201520274872.7 的专利提出一种船载磁力探测装置，该申请安装在测量船船体上，而非拖曳于船尾，在实现数据测量的同时，避免磁力仪损坏，但是该专利因为完全安装在船只上，船只材质会对测量仪得到的测量结果产生影响，不同船只的材质不同，产生的磁干扰也不同，完全安装在船只的磁力仪产生的结果并不准确。

发明内容

根据以上技术问题，本发明提供一种应用于浅层水域船载硬链接的高精度铯光泵动态磁测系统，其特征在于包括船载快拆连接结构、铯光泵采集系统、 RTK定位结构、IMU惯导系统、水密封装探头罩、供电系统，所述铯光泵采集系统下侧安装有船载快拆连接结构，所述铯光泵采集系统、船载快拆连接结构通过快拆螺丝和船只进行连接，所述铯光泵采集系统上侧安装有RTK定位结构、 IMU惯导系统和水密封装探头罩，所述供电系统分别和铯光泵采集系统、RTK定位结构、IMU惯导系统连接；

所述船载快拆连接结构由安装板、安装支架、安装孔，所述安装板固定在铯光泵采集系统下侧，所述安装板下侧螺纹连接有安装支架，所述安装支架下侧开设有安装孔，所述安装支架和船只上的安装支柱通过快拆螺丝进行连接；

所述铯光泵采集系统由外壳、磁力仪采集器、角度测量器、三分量磁探头、碳纤维伸缩管、铯光泵探头，所述外壳内部固定有磁力仪采集器，所述外壳上侧固定有RTK定位结构，所述外壳后侧安装有碳纤维伸缩管，所述碳纤维伸缩管和外壳之间安装有角度测量器，所述外壳和碳纤维伸缩管之间安装有限位装置，所述碳纤维伸缩管上侧通过螺栓安装有三分量磁探头和IMU惯导系统，所述碳纤维伸缩管尾端安装有铯光泵探头，所述铯光泵探头上侧包裹有水密封装探头罩。

所述碳纤维伸缩管和铯光泵探头通过卡扣连接，所述卡扣由安装管、插入管、固定栓组成，所述安装管、插入管上开设有固定孔，所述插入管插入安装管内，所述固定栓插入安装管、插入管的固定孔内，所述固定栓一端安装有固定螺母，所述安装管和碳纤维伸缩管焊接连接，所述插入管和铯光泵探头焊接连接。

所述碳纤维伸缩管通过活动转轴固定在外壳上。

所述角度测量器后侧的外壳上开设有固定孔，所述碳纤维伸缩管前端开设有固定孔，固定栓穿过碳纤维伸缩管上的固定孔和外壳上的一个固定孔进行固定，所述固定栓后侧固定有固定螺母。

所述铯光泵采集系统，具备高频采样功能，采用频率为 1/3hz,10hz,20hz,100hz。

所述RTK定位，采用RTK系统对飞行器进行准确定位，来得到准确的测量点。

所述IMU惯导系统，可为系统提供高精度的探头姿态信息。

所述铯光泵采集系统还包括数据预处理软件，所述数据预处理软件具备格式转换，磁测数据与导航数据合并，数据滤波，姿态改正，日变改正，抽稀、数据删除、划分测线等功能。

所述碳纤维伸缩管通过可调节伸缩长度的碳纤维管把铯光泵探头与磁力仪采集器进行连接，根据不同船只的补偿需要进行长度调节。

所述水密封装探头罩采用ABS材质制作，并用密封圈和钛合金螺丝进行封装，保证铯光泵探头的安全性。

所述铯光泵采集系统还包括平台磁补偿系统，所述平台磁补偿系统进行相关补偿飞行，解出的补偿系数应考虑在飞机各个方向上补偿后误差最小，最终在实际船载磁测试中，补偿精度能达到2NT内，常用的方法如列主元选取的高斯消去法、奇异值分解的迭代逼近，偏最小二乘计算法，逐步回归算法等，某类算法在处理某一类问题时有优势，但都存在相应的缺陷，另外模型系数随磁倾角和纬度会有变化，用固定系数补偿可能达不到理想的效果，可采样自适应算法，提高补偿精度。

所述平台磁补偿系统磁补偿的动作要求：装有磁探仪的船只在一定幅度作机动磁补偿运动，船只运动时，要求船只航向朝东、西、南、北四个典型方向即地磁航向；每个方向分别做摇摆(heading)机动；每种机动持续时间不小于 3次，机动角度保持有重复性；补偿飞行的各个动作并不要求绝对满足角度的要求，只要动作均匀，避免忽大忽小的机动动作，对求解磁补偿系数最为有利。极端情况下，可能由于补偿动作的质量太差，没有完成规定次数或者动作幅度极为不均，磁补偿系数计算失败，则可能要求再进行一次补偿动作，但最多只做2次。在调整测试阶段，为了尽可能多取得样本数据，每次船载航行都进行2次四边形的补偿运动。

本发明的有益效果为：本发明将船载铯光泵系统进行了相关的改装，配套了角度测量器，碳纤维伸缩管，密封防水探头外罩，IMU惯导系统，整套装置可独立使用，不限制装载船载型号，并且可根据不同船只进行连接装置的变换。

本发明主要通过船载快拆连接结构安装在船只上，适用于各种装载船只，只需简单更换连接件，本发明可以通过安装支架和船只上的支柱进行固定连接，也可以将安装支架拆卸掉，直接将安装板、船只进行螺栓固定连接，安装支架可以进行横向螺栓固定，安装板进行纵向螺栓固定，满足了不同船只不同情况的安全需求。本发明增加了角度测量器，可精确计算碳纤维伸缩管倾斜角度，便于测量的顺利进行。本发明铯光泵探头与碳纤维伸缩管之间采用了稳定的卡扣限位设置，使得每次传感器的安装在同一个方向，使得光泵探头可以提供稳定的磁场信息，并且大幅度的提高了不同飞行器之间的数据一致性。

本发明还增加了RTK系统，可为磁测提供高精度的GPS位置信息；

本发明在铯光泵探头附近设置了高精度IMU惯导系统，可为系统提供高精度的姿态信息。在靠近采集器附近，加装了高精度三分量磁通门传感器，用于磁测补偿，整套除了提供总磁场强度外，还提供了稳定的分量场的测量值，对于地质解释更有好处。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明卡扣结构剖面示意图。

图3为本发明船载快拆连接结构示意图。

图4为本发明角度测量器和外壳安装示意图。

图5为本发明铯光泵采集系统原理示意图。

图6为本发明数据处理原理图。

如图：船载快拆连接结构1、铯光泵采集系统2、RTK定位结构3、IMU惯导系统4、水密封装探头罩5、安装板1-1、安装支架1-2、外壳2-1、磁力仪采集器2-2、角度测量器2-3、三分量磁探头2-4、碳纤维伸缩管2-5、铯光泵探头 2-6、卡扣2-7。

具体实施方式

根据附图和实施例对本申请进行进一步阐述：

实施例1

本发明提供一种应用于浅层水域船载硬链接的高精度铯光泵动态磁测系统，包括船载快拆连接结构1、铯光泵采集系统2、RTK定位结构3、IMU惯导系统4、水密封装探头罩5、供电系统，铯光泵采集系统2下侧安装有船载快拆连接结构1，铯光泵采集系统2、船载快拆连接结构1通过快拆螺丝和船只进行连接，铯光泵采集系统2上侧安装有RTK定位结构3、IMU惯导系统4和水密封装探头罩5，供电系统分别和铯光泵采集系统2、RTK定位结构3、IMU惯导系统4 连接；船载快拆连接结构1由安装板1-1、安装支架1-2、安装孔，安装板1-1 固定在铯光泵采集系统2下侧，安装板1-1下侧螺纹连接有安装支架1-2，安装支架1-2下侧开设有安装孔，安装支架1-2和船只上的安装支柱通过快拆螺丝进行连接；铯光泵采集系统2由外壳2-1、磁力仪采集器2-2、角度测量器2-3、三分量磁探头2-4、碳纤维伸缩管2-5、铯光泵探头2-6，外壳2-1内部固定有磁力仪采集器2-2，外壳2-1上侧固定有RTK定位结构3，外壳2-1后侧安装有碳纤维伸缩管2-5，碳纤维伸缩管2-5和外壳2-1之间安装有角度测量器2-3，外壳2-1和碳纤维伸缩管2-5之间安装有限位装置，碳纤维伸缩管2-5上侧通过螺栓安装有三分量磁探头2-4和IMU惯导系统4，碳纤维伸缩管2-5尾端安装有铯光泵探头2-6，铯光泵探头2-6上侧包裹有水密封装探头罩5。碳纤维伸缩管2-5和铯光泵探头2-6通过卡扣连接，卡扣由安装管、插入管、固定栓组成，安装管、插入管上开设有固定孔，插入管插入安装管内，固定栓插入安装管、插入管的固定孔内，固定栓一端安装有固定螺母。角度测量器2-3后侧的外壳 2-1上开设有固定孔，碳纤维伸缩管2-5前端开设有固定孔，固定栓穿过碳纤维伸缩管2-5上的固定孔和外壳2-1上的一个固定孔进行固定，固定栓后侧固定有固定螺母。铯光泵采集系统2，具备高频采样功能，采用频率为

1/3hz,10hz,20hz,100hz。RTK定位，采用RTK系统对飞行器进行准确定位，来得到准确的测量点。IMU惯导系统4，可为系统提供高精度的探头姿态信息。铯光泵采集系统2还包括数据预处理软件，数据预处理软件具备格式转换，磁测数据与导航数据合并，数据滤波，姿态改正，日变改正，抽稀、数据删除、划分测线等功能。碳纤维伸缩管2-5通过可调节伸缩长度的碳纤维管把铯光泵探头2-6与磁力仪采集器2-2进行连接，根据不同船只的补偿需要进行长度调节。水密封装探头罩5采用ABS材质制作，并用密封圈和钛合金螺丝进行封装，保证铯光泵探头2-6的安全性。

实施例2

使用时，通过船载快拆连接结构1将本发明安装在船只后侧，根据船只情况不同，本发明可以通过安装支架和船只上的支柱进行固定连接，也可以将安装支架拆卸掉，直接将安装板、船只进行螺栓固定连接，安装支架可以进行横向螺栓固定，安装板进行纵向螺栓固定，满足了不同船只不同情况的安全需求。安装完毕后将碳纤维伸缩管2-5垂到船下侧，拉开碳纤维伸缩管2-5，使铯光泵探头2-6和下侧海水接触，然后根据船体、海域等条件，对碳纤维伸缩管2-5和外壳2-1角度进行调节，通过角度测量器2-3确定好角度，再通过固定栓穿过碳纤维伸缩管2-5和外壳2-1上的固定孔，将碳纤维伸缩管2-5进行固定，简单方便。RTK系统对本发明进行准确定位来得到准确的测量点并传送给磁力仪采集器 2-2。IMU惯导系统4为磁力仪采集器2-2提供高精度的探头姿态信息，铯光泵探头2-6将采集到的信息传送给磁力仪采集器2-2，磁力仪采集器2-2对收集到的信息进行保存、处理，方便工作人员对该海域情况进行了解。磁补偿飞行步骤为：

1)船只行进补偿区域进入补偿运动。

2)保持依次进入南北东西航线作平直航行行，并在同一航线上作往返飞行一次。船只保持进入东西航向作平直航行，并在同一航线上作往返航行一次。

3)按规划的航线，完成磁补偿区域的磁补偿飞行，磁补偿航线是以参考点为中心的两个四边形航线，其中一个四边形的航向包括东、南、西、北四个航向(磁航向)，另一个四边型的航向依次是东南、东北、西北、西南。飞机依次平稳完成偏航各3个来回的动作，船只姿态幅度固定。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本发明提到的各个部件为现有领域常见技术，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。