海洋技术▏海洋磁力仪在沉舰探测定位中的运用
山东威海湾海域是近代甲午海战的发生地，“定远号”等战船均沉没于此。据有关史料，日军曾对沉舰进行拆解。时至今日，随着港内泥沙的淤埋，沉舰位置已显模糊、保存情况更无从得知。100多年过去了，这些早已成为珍贵的历史文化遗产。探测并定位沉舰，可为以后的研究与保护提供依据。
海底铁磁性沉舰探测可选的仪器有多波束侧扫声呐和磁力仪等。由于待探测的山东威海湾面积较大，水文情况复杂，且沉舰年代较远，目标很可能被泥沙或淤泥掩埋，在该环境下，声学设备探测使用受限且效率较低。而磁力仪探测的特点是能准确探测铁磁物质所引起的磁异常，且不受空气、水流、泥沙及水文条件等的影响。综合考虑，先用海洋磁力仪对威海湾的沉舰进行大面积搜索探测，再用声学设备对可疑点进行验证。
海洋磁探测系统
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系统构成
GB-6B 海洋氦光泵磁力仪如图1 所示，它将数字式小型化高精度氦光泵磁力仪全部集成在水下拖体内，控制显示和数据处理由船舱上的综合处理机实现。同时，将GPS导航定位系统、磁力仪、水深测量仪、压力高度计等集成为综合测量系统，借助相配套的导航和数据采集软件，实时完成高精度磁测。
图1 GB-6B型海洋氦光泵磁力仪
2
海上作业方式
磁力仪工作示意图见图2，通常采用拖曳方式工作。由拖缆连接固定于船尾。测量船选择木船较为理想，可以避免船体及船上的铁磁性物体对磁力仪工作状态的影响。
图2 磁力仪海上探测示意图
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目标探测能力分析
GB-6B型海洋氦光泵磁力仪探测能力可按下面公式估算，示意图如图3所示。
图3 磁力仪探测能力示意图
式中：OD为有效探测斜距；T2为目标可靠检测值；T1为欲探测目标在距离R 时的实测磁异常值，探头入水深度为h1，目标掩埋深度为h2，磁力仪可探测的宽度为2W。
通常在信噪比S/N≥3的情况下，目标信号能够被检测到。在沉舰探测时，磁力仪在R＝20m的探测距离处，可产生上千nT的磁场。当目标可靠检测值为10nT时，根据公式，计算的磁力仪的有效探测斜距约92.83m；当水深40m，探头入水深度h1＝2m，目标掩埋深度h2＝2m时，磁力仪可探测的宽度2W约为460m。
沉舰探测结果
GB-6B型海洋氦光泵磁力仪完成了威海湾海域的全覆盖探测，对有磁异常的地方，再进行了加密探测。分析磁异探测数据，进一步结合磁异常大小、宽度及周围测线的磁异常情况等分析，推断了疑似沉舰位置。疑似沉舰的典型磁异常曲线和等值线图分别如图4、图5所示。最大磁异常幅值为791nT，显然与7300t左右的沉舰磁异常值相差较大。
多波束侧扫声呐在疑似区域探测后的结果如图6所示，图中蓝色圆圈位置为疑似沉舰的磁异常点，红色色块为遗存的围堤，通过查阅史料，可知当时曾筑坝抽水拆解，磁力仪所探测得到的磁异常点位于红色色块区域之内，磁异常值仅反映剩余的铁磁物，推断此处为定远舰沉没点。
图4 疑似沉舰的典型磁异常曲线
图5 疑似沉舰的等值线图
图6 多波束验证磁法定位的磁异常点
通过对沉船磁异常模型的构建及解析，指导了海洋磁力仪在山东威海湾的磁测数据分析和疑似位置推断，并与多波束声呐测量数据相互验证，结果一致。
■本文来自《声学与电子工程》（2018年第3期），作者余恺 周春水 王泽冰，分别来自第七一五研究所、国家文物局水下文化遗产保护中心和山东省水下考古中心；编发时作了删节与整理，版权归作者与出版社共同拥有，用于学习与交流。
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