地磁数据处理

7.2.2　地磁数据处理

1.地磁数据质量控制

无论是海上地磁观测，还是日变站观测，地磁测量因受外界扰动因素影响，有时存在较大跳变，因此，需要对地磁观测数据进行滤波，消除异常观测值对最终结果的影响。

数据滤波可采用阈值法，设定上下阈值对由于其他船舶航行、渔业活动等对磁力测量的影响进行滤波。也可采用卡尔曼滤波、基于FFT的低通滤波，结合手工拖动，实现对地磁数据的质量控制。

2.地磁数据空间延拓

水下地磁测量中，由于潜航器的下潜深度以及采用拖曳工作方式导致的磁力仪深度变化，均会使得实测磁力值与背景场提供的磁力值在相同位置存在差异。通常，用于构建地磁背景场的数据，无论源于何种地磁观测模式(星基磁力测量、航空磁力测量和船基磁力测量)，均已经延拓到平均海平面上，因此，构建的地磁背景场模型是当地平均海平面上的地磁场模型。若要实现实测磁力与背景磁力的一致，就需要对不同深度实测的地磁数据进行延拓改正，以得到当地平均海平面上的磁力值。

3.地磁日变及其改正模型

日变校正在高精度地磁测量中不可忽视，特别是短周期的磁扰，在测量中可被明显地记录下来，如不进行校正就会带来较大误差，以致造成结果解释错误。

海上地磁观测数据包含了地磁日变的影响，而实际需要的是稳定变化的地磁数据，因此需要研究地磁日变规律及其改正模型，以消除日变因素的影响。

地球磁场是一种随时间变化的物理场，其时间连续函数可表示为:

如果不顾及地磁日变观测噪声，地磁日变改正的过程为:

(1)在日变观测数据中扣除基值，获得地磁变化量:

(2)根据时间和空间的变化，将地磁日变站的监测数据经过数学变换得到海上动态磁测点(λ，φ)的变化量:

式中，S_Xi为测点与第i个地磁日变站之间的距离。

(3)扣除瞬时变化成分，得到稳态地磁信息:

海洋磁力测量中，当采用单站地磁日变改正时，在地磁日变站有效控制范围内，地磁日变改正量可直接采用地磁日变站的观测值，以时间为参数，由对整个测区实现以点代面的地磁日变改正。此时，式(7-3)的测点变化量可简化为:

地磁日变站有效控制范围依赖于地磁日变改正的精度指标，从根本上取决于磁测成果的精度指标，对精度指标与有效控制范围关系的要求参见相关规范。

如果不能设立日变改正站，可以采用正常场的校正，在海洋磁测中，国际上广泛采用国际地磁参考场(IGRF)，此时地球的磁位为:

式中，g和h称高斯系数;为施密特形式的缔合勒让德函数;a为赤道半径; r为球心半径;θ为从北极起算的余纬度;λ为从东起算的经度。

上式中所用的8阶球谐函数的系数以及年变化率每10年公布一次。

令μ= cosθ，式中(cosθ)为:

当m= 0时，ε_m= 1;m≥1时，ε_m= 2。而国际地磁参考场的北向、东向和垂直分量分别为:

则参考场的地磁总强度为:

4.船磁模型及船磁改正

船磁模型的建立基于八方位测量，测量船沿夹角为45°的八个方位通过测点，测线4条，实施时采用往返重复测量，每条测线各测量1次，并测定磁场总强度值。

设船磁是测线方位α的函数，建立如下船磁改正模型。

式中，ΔT_s为船磁影响改正数;α为测量时磁力仪拖鱼的实时方位; b₀、b₁、b₂、b₃、b₄为船磁影响改正系数。

拖体的实际测量方位角为:

式中，Δx和Δy为测线前后点坐标变化量。

根据四条测线8次测量的磁力测量数据，建立以下方程关系式:

矩阵形式为:

则系数解为:

获得船磁模型后，根据实际测量时的测量船方位α，结合模型(7-10)，得到该时刻船磁的改正量。

在八方位船磁改正基准值确定时，若采用原方法取各个方位的平均值，则会造成一个较大的系统差，只有取垂直于地磁场方位且方向相反的多次测量平均值，才能有效地消除船磁对海洋磁力测量造成的误差。

5.地磁总强度计算

实现了日变改正、船磁改正后，地磁总强度T_f可利用下式计算:

若顾及延拓影响，则改正模型为:

T_f= T_obs－ΔT_d－ΔT_s－ΔT_O

式中，T_f为地磁总强度模量; T_obs为海洋磁力仪读数;ΔT_d为地磁日变改正;ΔT_s为船磁改正;ΔT_O为延拓改正。

6.精度评估

海洋磁力测量成果的精度以主测线与检测线交点处测量成果的符合程度作为评价依据。

式中Δ为主测线与检测线交点磁场总强度不符值; n为主测线与检测线交点个数。