中文摘要：

磁法勘查是海洋领域地球物理调查的传统手段，近海底磁力仪是十一五863计划资助并研发成功的探测海底地磁场的新技术。然而，由于磁力仪本体的铁磁性、三轴传感器的非正交以及高精度水下定向的困难，目前的近海底磁力仪无法解决地磁三分量探测的问题。本项目拟深入研究地磁传感器的1/f噪声抑制技术，通过放大电路和滤波电路的改善以及软件滤波算法的引入，降低近海底磁力仪的本体噪声；深入研究三轴磁阻式传感器的误差模型，给出完整的针对近海底磁力仪的动态校正方法；深入研究水下捷联惯导系统的惯导模型和优化初始对准算法，得到适用于静态观测布放的近海底磁力仪的地磁三分量投影技术。本项目旨在藉由国内自主研发的近海底磁力仪这一新的技术手段，研究其噪声抑制技术、动态校正技术以及布放阶段的高精度姿态跟踪技术，提出一种有效观测海底地磁三分量的方法，以支撑和完善海底磁法勘查手段，并为未来海底地磁观测站的建设提供依据。

结论摘要：

磁法勘探是海洋地球物理调查的主要方法之一。传统意义上，磁法勘探以拖曳式磁测为主要手段，然而近年来，静态的海底地磁观测也逐渐被认为是海洋地球物理研究，以及海洋地质灾害预测预警的一种有效手段。尤其是地磁三分量的观测，对于海底喷流区磁场特征时间序列的研究，以及磁场反应海水流动特征的研究，都具有重要的意义。在海洋拖曳式磁测中，主要选用标量场的绝对测量方法，如光泵式磁力仪等，但由于功耗等原因而无法放置于海底。而适用于海底地磁矢量场观测的磁通门式或磁阻式磁力仪，则由于磁力仪本体磁性所造成的方向误差，以及姿态测量不精确所造成的无法获知仪器坐标系信息等原因，在实际应用中受到限制。本项目的主要研究目标，是通过对磁力仪电路噪声、本体磁性、姿态测量等技术的研究，设计实现一种适用于海底地磁三分量长期观测的技术与仪器。项目的主要研究内容包括噪声抑制、本体磁性校正、姿态惯性测量三个部分。在噪声抑制技术方面，项目组主要在电路器件选型、电路布板与封装工艺设计、软件滤波方法等方面进行优化设计。实验室试验证明，优化后的磁力仪本体噪声级别与原磁力仪相比，已被抑制低了两个数量级。在本体磁性校正技术方面，项目组提出了一种基于三维椭球误差模型的校正技术与算法。该算法与现有技术相比，更具普适性与可操作性。并且，该算法立足于工程应用价值，可直接利用现场测试中的数据进行参数回归，从而实现现场校正。这为当前普遍存在的，所有商业海洋三分量磁力仪受到搭载平台磁性影响的问题，提供了初步解决方案。在姿态惯性测量技术方面，项目组设计提出并实现了一种基于卡尔曼滤波的海底磁力仪三维姿态解算方法。测试结果表明该算法可以快速、精确地测得磁力仪被安置于海底时的静态姿态角度。相比商业级的惯性测量单元，项目组自行研制的IMU不仅达到了同等精度，而且可以实现IMU数据采集与磁力仪数据采集的底层时钟同步，从而使三轴地磁数据映射到地理坐标系三分量这一环节不受任何影响。海底地磁三分量观测技术的解决方案，对于未来建立海底地磁观测阵列，或直接接入未来海底观测网做了技术储备，进而为海洋地震、海啸的预警预报，奠定了重要的技术基础。