地磁探测与定位技术

本书系统地介绍地磁探测与定位技术涵盖的地磁场、磁场测量、磁场正演、磁异常数据解释、地磁定位方法及地磁探测与定位应用系统等，部分内容涉及该技术的前沿问题，融入了作者和其他研究者的研究成果。本书介绍地磁场及其建模方法、磁异常正演、磁阵列构型、三轴磁强计及其阵列标定、磁异常反演等的基本理论与技术途径，应用地磁场模型及磁场正反演理论来解释磁异常数据资料，实现地磁探测与定位，为读者从事地磁探测与定位等领域的研究，以及处理有关的科学与工程实际问题提供理论基础和方法参考。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 地磁现象 1
1.1.1 古代发现 2
1.1.2 近现代发现 6
1.1.3 物质磁性起源 8
1.2 地磁探测与定位技术发展 15
1.2.1 弱磁场探测技术现状 15
1.2.2 地磁定位技术现状 21
1.2.3 发展趋势 27
1.3 本章小结 31
参考文献 32
第2章 地磁场理论及建模 41
2.1 概述 41
2.2 地磁场 42
2.2.1 地磁场起源 42
2.2.2 地磁场基本特征 42
2.2.3 地磁场结构和磁异常 44
2.2.4 地磁测量与地磁图 45
2.3 地磁场解析表示 48
2.3.1 均匀磁化球体磁场 48
2.3.2 地心偶极子磁场的正常梯度 50
2.4 变化地磁场 50
2.5 地磁场模型 53
2.5.1 地磁场球谐分析 53
2.5.2 主要地壳磁异常的全球模型 58
2.5.3 区域地磁场分析建模 62
2.6 本章小结 78
参考文献 79
第3章 地磁传感器 82
3.1 概述 82
3.2 磁通门磁强计 82
3.2.1 传感器基本结构 82
3.2.2 传感器基本原理 83
3.2.3 信号处理电路 87
3.3 AMR磁强计 88
3.3.1 各向异性磁电阻效应 88
3.3.2 基本结构 89
3.3.3 置位/复位电路设计 92
3.4 GMR磁强计 92
3.4.1 传感器工作原理及结构 93
3.4.2 GMR传感电路 95
3.4.3 实际应用 98
3.5 TMR磁强计 99
3.5.1 隧道磁电阻效应 99
3.5.2 物理机理与Julliere模型 99
3.5.3 基本结构 100
3.5.4 闭环反馈控制设计与测试 101
3.5.5 应用特点 103
3.6 质子旋进式磁强计 104
3.6.1 质子旋进及测磁原理 104
3.6.2 旋频检测及电路组成 105
3.7 光泵磁强计 108
3.7.1 塞曼效应 108
3.7.2 光泵作用 110
3.7.3 磁共振作用 112
3.7.4 跟踪式氦光泵磁强计信号检测 113
3.7.5 自激式铯光泵磁强计信号检测 115
3.8 本章小结 117
参考文献 117
第4章 磁阵列构型及其标定 119
4.1 概述 119
4.2 磁场梯度 119
4.2.1 磁梯度张量 119
4.2.2 张量不变量 121
4.2.3 总场磁梯度 124
4.3 地磁传感器阵列构型 124
4.3.1 线性阵列 124
4.3.2 磁梯度张量阵列 125
4.3.3 总场磁梯度阵列 132
4.4 三轴磁强计标定 134
4.4.1 误差建模 135
4.4.2 最小二乘迭代标定方法 137
4.4.3 双三轴磁强计同步标定方法 142
4.4.4 独立于磁场的自主标定方法 150
4.5 捷联三轴磁强计标定 159
4.5.1 载体干扰磁场 159
4.5.2 捷联三轴磁强计误差建模 160
4.5.3 捷联三轴磁强计两步标定方法 161
4.5.4 在线滤波估计标定方法 167
4.6 三轴磁强计阵列标定 170
4.6.1 误差建模 170
4.6.2 非对准误差标定方法 171
4.6.3 总体标定方法 172
4.6.4 磁场最优编排标定方法 178
4.7 本章小结 182
参考文献 183
第5章 磁异常正演方法 186
5.1 概述 186
5.1.1 磁异常正演问题 186
5.1.2 磁异常正演的基本途径 187
5.2 磁性体磁场的一般积分公式 191
5.2.1 有效磁化强度矢量与总场磁异常 191
5.2.2 三度体磁场 194
5.2.3 二度体磁场 196
5.3 磁荷面积分公式 197
5.3.1 三度体公式 197
5.3.2 二度体公式 198
5.4 重磁位场的泊松公式 199
5.4.1 三度体公式 199
5.4.2 二度体公式 199
5.5 磁性体磁场的数值规律 200
5.5.1 三度体磁场等值互换和规格化公式 200
5.5.2 二度体磁场等值互换和规格化公式 201
5.6 空间域磁性体磁场的计算 203
5.6.1 球体 203
5.6.2 水平圆柱体 208
5.6.3 板状体 211
5.6.4 直立长方体 220
5.7 磁异常的地质解释 223
5.7.1 磁异常数据处理 223
5.7.2 磁异常数据解释 225
5.8 本章小结 228
参考文献 228
第6章 地磁定位理论与方法 231
6.1 概述 231
6.2 磁定位问题及条件 231
6.2.1 静止目标磁定位 232
6.2.2 运动目标磁定位 236
6.3 磁场三分量滤波定位 237
6.3.1 旋转椭球体磁场模型 238
6.3.2 状态空间模型 238
6.3.3 容积粒子滤波定位算法 239
6.4 总场及总场梯度定位 241
6.4.1 总场磁异常测量 241
6.4.2 磁异常误差分析 241
6.4.3 总场磁异常定位理论 242
6.4.4 基于磁矩的总场定位理论 244
6.4.5 总场梯度线性定位理论 246
6.4.6 双目标总场梯度定位理论 248
6.5 磁梯度张量定位 251
6.5.1 欧拉类定位算法 251
6.5.2 载体深度辅助定位理论 259
6.5.3 基于磁矩的磁梯度张量连续定位算法 267
6.5.4 张量特征分析定位算法 268
6.5.5 磁梯度张量测距线性定位算法 272
6.5.6 磁梯度张量缩并量比定位算法 275
6.6 本章小结 281
参考文献 282
第7章 地磁探测与定位应用系统 285
7.1 概述 285
7.2 典型应用系统 286
7.2.1 周界报警防护磁系统 286
7.2.2 机场安检磁系统 290
7.2.3 车辆交通实时监测与综合管理磁系统 293
7.2.4 水下安防磁系统 301
7.2.5 海啸预警磁系统 304
7.3 应用系统的发展展望 309
7.4 本章小结 311
参考文献 311