潜艇是现代海军装备中隐蔽性最强的装备体系，二战后，潜艇的发展十分迅速，除了常规动力潜艇外，还出现了下潜深、长期潜航、隐蔽袭击，并载有导弹武器的核动力潜艇。核潜艇的出现使潜艇由战术武器成为有毁灭性作用的战略武器。

由于电磁波在水中衰减的速率非常的高，无法作为侦测的讯号来源，因此，以声响讯号探测水面下的人造物体成为运用最广泛的手段。然而，随着减声降噪技术的发展，声纳探测遇到新的挑战，而且由于复杂的海洋环境，声纳探测的灵敏度受到一定的限制。而微磁梯度测量定位可以准确地推算出磁体与探头之间的相对位置，获得磁体在不同的位置下准确的磁场信息，被广泛地应用于军事设施上可以定位侵入防护区域的磁性目标（坦克，潜水艇，导弹等）的探测。同时也适用于布置的光缆位置的定位和测量因此，开展水下目标磁探测研究，根据水下大型目标磁场的远场分布特征，建立目标磁场分布的探测模型，对水下大型目标进行远程探测，迅速准确地判断出目标物的类型，并定向与定位，已成为在现代海战中取得决胜的关键性因素。

高精度航磁共振探测系统在军事探测方面尚无其他技术可以与之匹敌，在陆、海、空军以及航天部队均有它的用武之地。譬如，机载系统可探测敌方地下、水下的工事掩体和指挥系统，特别是弹道导弹的发射井等，舰载系统可进行海底航道规避与敌方潜艇的搜索，卫星装载系统可以对敌方国土与海域的地下和水下目标进行大面积与大范围的侦察搜索等等。

目前我国东海、南海军事斗争形势严峻，未来高科技信息化战争的核心是制海（空、天、地）权的争夺，在制海权中关键技术之一是对海反潜探测。传统的反潜探测（声、光、电）技术及手段因受其自身技术的局限，很难从根本上解决水下静止或运动目标的探测。

西方军事强国利用探测目标的磁性及其与周围环境的磁性差异，解析和描述所探测的目标体的特征，从而达到搜索、发现、测量、跟踪的目的。西方军事强国对我国进行对海反潜探测技术的严密封锁。

随着我国经济持续发展，大国地位的确定，国家海洋权益捍卫和保护引起国与国之间争端日益激烈，研究开发我国独立自主的对海反潜探测设备，已成为海军武器装备发展的重中之重，引起国家有关领导高度重视。

潜艇是现代海军装备中隐蔽性最强的装备体系，二战后，潜艇的发展十分迅速，除了常规动力潜艇外，还出现了下潜深、长期潜航、隐蔽袭击，并载有导弹武器的核动力潜艇。核潜艇的出现使潜艇由战术武器成为有毁灭性作用的战略武器。

由于电磁波在水中衰减的速率非常的高，无法作为侦测的讯号来源，因此，以声响讯号探测水面下的人造物体成为运用最广泛的手段。然而，随着减声降噪技术的发展，声纳探测遇到新的挑战，而且由于复杂的海洋环境，声纳探测的灵敏度受到一定的限制。而微磁梯度测量定位可以准确地推算出磁体与探头之间的相对位置，获得磁体在不同的位置下准确的磁场信息，被广泛地应用于军事设施上可以定位侵入防护区域的磁性目标（坦克，潜水艇，导弹等）的探测。同时也适用于布置的光缆位置的定位和测量因此，开展水下目标磁探测研究，根据水下大型目标磁场的远场分布特征，建立目标磁场分布的探测模型，对水下大型目标进行远程探测，迅速准确地判断出目标物的类型，并定向与定位，已成为在现代海战中取得决胜的关键性因素。

高精度航磁共振探测系统在军事探测方面尚无其他技术可以与之匹敌，在陆、海、空军以及航天部队均有它的用武之地。譬如，机载系统可探测敌方地下、水下的工事掩体和指挥系统，特别是弹道导弹的发射井等，舰载系统可进行海底航道规避与敌方潜艇的搜索，卫星装载系统可以对敌方国土与海域的地下和水下目标进行大面积与大范围的侦察搜索等等。

目前我国东海、南海军事斗争形势严峻，未来高科技信息化战争的核心是制海（空、天、地）权的争夺，在制海权中关键技术之一是对海反潜探测。传统的反潜探测（声、光、电）技术及手段因受其自身技术的局限，很难从根本上解决水下静止或运动目标的探测。

西方军事强国利用探测目标的磁性及其与周围环境的磁性差异，解析和描述所探测的目标体的特征，从而达到搜索、发现、测量、跟踪的目的。西方军事强国对我国进行对海反潜探测技术的严密封锁。

随着我国经济持续发展，大国地位的确定，国家海洋权益捍卫和保护引起国与国之间争端日益激烈，研究开发我国独立自主的对海反潜探测设备，已成为海军武器装备发展的重中之重，引起国家有关领导高度重视。

高精度航磁梯度探测系统是建立在物质原子“核磁共振”的理论基础上并且遂步改进，不断发展演变而成。这是目前最有效的探潜手段。

磁法的基本特征：

地磁场是一个向量，设为T，则磁场表达式可写成

   T=To+△T a

其  T=实测地磁场总量向量，        To=当地正常场向量

它们的模量关系式为：T=To．COS b+△T a．COS a。其中T，To，△

T a分别为矢量T。To，△Ta的模。

由于△T与T比甚小，故COS b=I，而cos a≠1，令△T aCos Q=△T

则模量关系式为T= To+△T

   常规磁法就是从实测的T值中扣去 To值提取局部异常值△T类似研究解释辞源体的形状和产状。

磁法依据的是物体的磁性差异，地震法依据的是物体的弹性差异，这是两个独立的物性参数。它们在显示地质体上各有表现特点，两者之间具有相辅相成的作用。

磁场在空间的穿透性是磁法最基本的特性．现代测磁精度可以探知地下数千米处的地质构造情况。继续提高测磁精度可进一步加深磁法的探测深度，揭示更多磁源体情况。

物体之间普遍存在磁性差异和磁场结构具有多参数性，这是磁法解释地质现象具有丰富能力的物性依据。基岩，盖层，岩浆的浸入喷出，褶皱和断裂，蚀变和矿化以及热力作用，热水作用等等，它们在空间上形成了一个结构复杂的磁场。通过测定这个磁场的方向，强度，三个正交方向的梯度等场参数，可以对空间中的磁源体加以辨别，并可以对它的几何形状作出定量解释。目前磁法勘探对磁场参数尚未充分利用。

继续提高测磁精度，开展地磁场的多参数测量，除可以增加探测深度和显示能力外，更可克服异常解释的多解性，提高解释的可靠性和准确性。

潜艇作为水下隐蔽性极高的海洋武器之一，已成为现代战争中对世界各国军舰队和水上船只极具威胁的突袭手段。对水下大型目标准确而快速地识别、定位是海战中取得优势地位的关键。

磁探测是搜索水下磁性物体最有效的手段之一。凡是由铁磁性材料制成人造目标体，如潜艇、沉船、水雷等，其感应磁场叠加在海洋磁背景场之上，会导致海洋磁背景场明显畸变，会改变所在位置周围间的地磁场分布，从而产生磁场异常信号（Magnetic Anomaly Signatures），通过测试和处理磁异信号，可以得到反映磁性目标的探测信息。

 由于潜艇是在地磁场中进行制造的，受到地磁场的作用，加上材料内部应力的反复变化、温度的升降变迁以及局部磁场的影响都会引起铁磁磁化，这些都归结为艇的永久磁性.

由于潜艇结构的复杂性和外形曲面的不规则性,现代消磁站在技术上并不能完全消去其永久磁性,特别是纵向永久磁性与垂向永久磁性还无法分离,在原理上就存在缺陷.因此 ,潜艇的永久磁性仍然残留 ,而且还会随着消磁处理后时间的流逝而增大.潜艇服役后仍在地磁场的作用之下,其各部分铁磁材料中又会引起主要是可逆的磁化过程 ,从而产生潜艇的感应磁性.目前的常规潜艇,由于受其内部空间及耗能的限制,大多不装消磁系统 ,因而感应磁性毫无消除.潜艇感应磁性与永久磁性会合成一个磁场,引起其周围地磁场的异常,如左图所示：方，由于铁磁物体的感磁效应，一定区域内的地磁场磁力线将向铁磁物体聚拢，并且通过铁磁物体后重新散开，回到正常状态，如图所示。当用一个磁强计从南向北测量时，磁测曲线将会出现南面偏高、北面偏低的现象，在峰值和谷值的中点对应的就是铁磁物体的位置。通过磁异常曲线的长度，可以判断铁磁物体的尺寸。

这种磁异信号就被利用来探测潜艇的存在与否和其位置坐标，形象的说，潜艇的磁场就会像小的指南针一样显示出来，随着距离越近，显示的强度越高。在进行探测时时，可以将目标等效为磁偶极子，进行判别.

然而潜艇等目标的磁场相比地球海洋环境磁场是十分微小的，在探测距离400米以外的情况下，地球海洋环境磁场比潜艇磁场几乎高一千倍，必须减去环境磁场的影响，潜艇磁场才能够显示出来。

比如在南京，地磁场的磁力线由南向北与水平面夹约46°的角度入射，如图所示，即地磁倾角大约为46°。

地球磁场跟地球引力场一样,也是一个变化矢量场,它是由基本磁场与变化磁场两部分组成的。基本磁场来源于地球内部,他的变化至今只摸索到了一些长期变化的规律。

而变化磁场则与电离层的变化和太阳活动等有关。对变化磁场的研究是日地物理研究中的热门课题。磁测卫星、地面台站等观测手段所观测到的地磁场的变化包括了上至太阳活动、星际空间、磁层、电离层活动,下至地壳构造、地震活动、地球深部导电特征,乃至地核变化的各种丰富的信息。这些都和地磁海磁密切相关，但是至今特别是短期变化的预报还做不出来，正在摸索之中。

国外在原子磁力仪方面的研究工作十分活跃，不过还主要停留在实验室阶段．美国普林斯顿大学物理系的M．V．Romalis教授等制造了完全利用光学方法测量磁场的磁力仪，其灵敏度达到0.54 fT／Hz^1/21fT=10^-15T)。经过改进后还可提高到10^-2～10^-3f T／Hz^1/2量级，空间分辨率可达到毫米量级．在弱磁场中工作时，这种磁力仪的灵敏度甚至可能达到10^-18T(1aT=10^-18T，a T，阿特)数量级。

从历史上说，“核磁共振”探测技术始于二次世界大战，当时美国海军出资在Stanford大学开展研究，并成功地应用于潜艇探测（北京大学虞福春院士，当时在Stanford大学承担该研究项目的主要工作），二战后美国利用该技术成功探测珍珠港被日本炸沉的军舰和船舶；九十年代初美国在海湾战争中利用该技术成功探测伊拉克的地下武器。同时此技术也向民用方向发展，开始应用于石油等矿藏的探测。

海底磁性小目标的探测。现行海洋磁力仪产品主要有加拿大 Marine Magnetics公司生产的 SeaSPY，加拿大 GEM System 公司生产的GSM－19M、美国 GEOMETＲICS 公司生产的 G882等

目前，随着原子磁力仪技术的高速发展，探测灵敏度由早期磁力仪的 10nT逐步提高到了 pT 量级(1pT=10^-9nT=10^-12T)，甚至在弱磁环境下某些磁力仪能够提供更高灵敏度，趋近 aT(1aT=10^-18T)量级[*7]，这就为探测距离更远、更微弱的目标信号提供了可能，同时也提高了磁补偿精度的要求。

海洋磁力仪灵敏度已经达到很高水平，即使很细微的磁场变化都有清晰的反应。普通的海洋质子旋进式磁力仪可以达到 0.1nT 灵敏度，新型的光泵式磁力仪可以达到 0.001nT 灵敏度，下一代的超导磁力仪可以达到 0.00001nT 灵敏度[*21]。超导量子干涉磁力仪[*22]（SQUID）是近 20 年迅速发展起来的一种磁力传感4 水下大型目标的磁探测研究器，是目前为止测量磁场灵敏度最高的仪器，其灵敏度高达 10-5～10-6nT。磁力勘探方法技术在过去几十年中取得了巨大的进步，但都是和总场标量测量相关的，测量的是地球磁场的模量，受地球磁场方向影响，得到的异常图不方便解释，尤其在低磁纬度地区；当有多个靠得很近的场源体时，标量测量对场源的分辨率不高，难以区分。

目前国外各国研究的磁力梯度张量系统多是以 SQUID 磁力仪为基础开发的。例如，在94年国际应用超导会议上透露，美国海军水面武器中心海岸系统站的超导反潜平台装备了有三个磁强计和五个梯度计组成的液氦磁异常探测系统。该系统能得到远距离磁偶极系统的完整特性，如位置和种类等，用以对潜艇、水雷等系统定位与识别，用于海岸警戒和防卫。另外最新的研究成果还有德国的LTS-SQUID航空全张量磁力梯度测量系统、澳大利亚的 GETMAG 磁力梯度张量测量系统和美国的 HTS-SQUID 航空全张量磁力梯度测量系统，这些国家在 SQUID 应用于磁探测方面的研究都处于世界领先地位[*23]-[*24]。对外部磁干扰和噪声的抑制能力很大程度上限制了机载磁力仪的实际探测能力[*8]，如果不能提供性能更好的补偿算法，即使理论上设备能测到更微弱的信号，但数据处理后依然得不到目标信息，因此整体的探测能力瓶颈在于对采集到的数据进行后处理的部分。

全世界面临的技术问题：飞机上的铁磁性物体如一些仪表和发动机等，具有永久磁性，一些软磁性物体（飞机起落架，钢架等）在地磁场中会感应磁化，这些都会对磁探头产生干扰磁场，另外，由于飞机壳是由铝皮制成的，它们在飞机飞行时，会因切割地磁场的的磁力线而产生涡流，从而产生干扰磁场。这些总称为飞机的磁干扰。它们对总磁场测量和梯度测量都是较严重的干扰，多年来人们为消除（即补偿）这类干扰，曾投入了较大研究力量，特别是梯度测量要求精度更高，从而对磁干扰补偿的要求也更高。

过去的补偿方法分为被动式和主动式两种：

被动式已沿用多年，过去我国航磁测量也是采用被动式的，它利用安装在磁力仪探头与飞机之间三个互相垂直的线圈来补偿飞机生产的恒磁干扰，另外，用坡莫合金片补偿感应干扰场。但后者要飞机在启稳中做各种机动飞行，根据飞行记录，经过数学分析，在磁力仪探头附近贴坡莫合金片，需要反复实验，修改坡莫合金片的方向和位置，比较麻烦和费工作：量，而且这种被动式补偿方法不能满足航磁梯度测量精度要求，于是近年来发展了主动式补偿方法。

主动式补偿方法基本的做法是利用磁灵敏元件拾取地磁场信号，经放大、检波、攻防供给绕在探头上的X、Y、Z三组补偿线圈中的电流，次电流强度与飞机动作有关，所以各线圈产生的磁场强度是飞机动作的函数，从而达到对集中飞机磁干扰的补偿目的。这种方法也在不断发展、完善。最初作为补偿信号源的磁灵敏元件是使用单分量二阶谐波饱和式磁力仪接受地磁场的X或Y方向的分量，后来发展为使用二分量磁灵敏元件测地磁场在X和Y方向的分量，现在，加拿大已使用三轴磁灵敏元件作为补偿信号源。此外，主动式的补偿线圈也在发展之中。最初，恒磁补偿与感应磁补偿使用两套正交线圈，各三个。近年来，由于对飞机干扰磁场数学表达式的深入探讨，把两套线圈化为一套线圈，仍可对大部分恒定场及感应场和涡流场进行补偿。加拿大低调所研制的铷蒸汽光泵磁梯度仪，则在机尾每个支架上各装一台九项补偿器(为加拿大航空电子公司生产的半自动补偿器)。

80年代索诺泰克公司研制出自自动航磁数字补偿(AADC)技术和一些设备，并成功地通过飞行检验，这种航磁数字补偿技术可以极大地改善磁力仪和梯度仪的行测数据质量，且可省去补偿线圈。它利用纯数学方法校正磁场扰动。飞机相对于周围磁场的位置和运动由精密的三轴磁通门磁力仪监测。根据1 8项函数计算正值，这些函数考虑了恒定磁场、感应磁场以及涡流场的全部影响。

近期发展趋势：虽然早在50年代国外就有人提出航磁梯度法并进行过研究。但是，由于当时磁力仪精度不高，这一设想未能实现。直到高精度磁力仪（如质子磁力仪和光泵磁力仪）问世，测量磁场梯度才具有实用意义。

   初期研制的梯度仪多为吊舱式的，如：1965年，美国瓦林公司制造出第一台航空垂直磁力梯度仪，用两个铷蒸汽磁力仪探头分别放在两个吊舱中，吊舱高差1 00英尺。

1968年加拿大地调所利用安装在北极星飞机(North star)上的铷蒸汽磁力仪进行题度测量，一个探头装在尾刺上，另一个装在吊舱中，两探头相聚100英尺，飞行高度300米。但这种吊舱系统受气流影响大，通常只能在早晚进行测量，致使成本大为提高。而且。两探头相聚太远，虽然避免了磁补偿问题，却使梯度误差增大。因为两探头距离过大，就不能取差商为梯度值了，为解决上述问题，加拿大低调所于1972--1974年间研制成了“双杠系统”的梯度仪，两探头间的距离为2. 08米，经过多次实验与改进，使系统的机械性能和测量仪表的工作性能均达到较好水平。 1978年加拿大低调所和先达利公司先后成功地制造出铯蒸汽磁力仪探头，据报道，铯磁力仪的灵敏度能达0. 005nt（后来经加方和中方共同测试，实际灵敏度低于0.01nT）。用铯蒸汽磁力仪装成的梯度仪，精度大为改善。据报道，梯度灵敏度能达0. 005nt7m(由于铯蒸汽磁力仪的精度报道与实测有误，所以，这个精度也值得怀疑)。美国80年代具代表性的梯度仪有：(1)乔美特利公司的G-814G型航磁梯度仪，是用3-4个质子旋进磁探头制成的，可根据需要组成横向、纵向水平梯度和垂直梯度测量。该仪器磁总场动态分辨率达到0. 1nt，静态为0.01nt，梯度精度为0. 015nt/mo (2)乔泰克公司80年代用欧弗豪赛尔质子磁力仪制成直升飞机垂直梯度仪系统(Grad---l)o两探头间距离为3米，是悬吊式的，探头的灵敏度达到0. Olnt，梯度精度为0.025nt7m．当前国外几种典型梯度仪的性能指标可以归结为下表：

当前国外主要微磁测量产品灵敏度比较

美国海军部门对微磁探测十分重视，公布的课题中就有“研究开发一个可以在活动平台上测量磁场低于1f T水平的磁力仪新技术，并提出美国海军的需求是在探寻具有磁性特征的目标同时．提高探测几率，增大投射距离(大于9000 feet，约合2743m)；根据一份美国海军学院的文献记载．目前军用飞机探测潜水艇的距离(斜距)约为500m，(另有资料记载，探测距离为1200m)．为了达到上述要求，必须在运动是主要噪声源的情况下，探测1 f T的磁异常．

国外（美、加拿大等）已有较先进的航磁梯度探测设备，但与多探头的仍有距离。而且由于航空磁测也是国防需用的重要手段。高精度航空磁测系统，美国对中国是禁运的。以后也难保别的先进国家对我们不禁运。研制高精度多探头航空磁测系统对于打破国外发达国家的技术领域垄断，发展我国自主知识产权的高端技术产品具有重要意义。

所以为了满足现代国防和经济建设的需要就必须积极研制全球的、或感兴趣区域的地磁模型和地磁图。美、英、俄、日各国都非常重视，美、英和前苏联除了定期年更新绘制世界地磁图并建立全球地磁场模型外,还定期一年更换本国的地磁图和地磁模型。美国从十年前的P3C飞机到现在的P-8A在我国南海不间断的窜扰窥探巡航，目的就是测绘我国海疆的海磁图，以便更快的对我国潜艇进行定位探测。为了保护海疆，我国飞行员王海献出了自己的生命。我国从世纪初至今,也一直在开展建立海磁图的工作。同时在滤除海磁信号和载体本身信号干扰方面，也取得了长足的进展。

l  航磁梯度高精度测量

   航磁梯度测量与航磁总场强度测量不同，它要两个以上探头作同时测量才能获得该测点的梯度值。如果同机作三个方向的梯度的测量，则至少要三个探头才能实现。

   磁场梯度的测定

   设上下两探头相距△Z米，左右探头相距△L米，前后两次测量

Ti一1，Ti相隔△X米，则三个方向的梯度值可近似地表达为

  垂直梯度Gz：

   Gz-（T上一T下）／△Z

   纵向水平梯度Gx：

   Gx= (Ti-Ti-l)／△X

   横向水平梯度Gy:

   Gy=（T西-T东）／△L

   显然，两探头越近，梯度值的分辨率越高。但是，由于差值太小，要求测磁精度更高。例如早年的测磁精度不够高，垂直梯度测量需用直升机吊舱的办法，探头分别下垂到100英尺和200英尺处来测取差

值。现在由于测磁精度的提高，已可用硬支架安装在固定翼飞机上来进行测定了。

  “高精度多探头航磁梯度测量”与“航磁测量”相比，主要优点有：

   1)增加了磁场梯度参数，可以探测到更多的地质信息；

   2)梯度曲线提供的一批场的特征点对解释磁源体的形状，产状，分界面等都大大提高了定量精度；

   3)梯度测量有深度滤波作用，可以分离深源体和浅源体，提高了对深源体的定量解释精度；

4)梯度测量分辨率较高，对地质构造划分得更细，从而有利于区分控矿构造和非控矿构造；

   5)梯度矢量方向性强，可实时指示目标体相对飞机的方向：

   6)航磁梯度测量，不受地磁场日变的影响，这从根本上改善了航磁测量原始数据的质量；

n系统的测磁原理

系统的核心仪器是氦光泵测磁仪，它是利用氦原子中轨道电子的自旋磁共振频率大小与外磁场强度成正比的原理来测外磁场的。除超导测磁仪外，这种测磁原理的仪器，是当前测磁精度最高的一种仪器。且可测绝对磁场。

n系统的组成

这套系统包括以下几部分：

氦光泵磁场梯度测量仪，含总磁场测量：

三分量磁通门磁力仪

卫星定位导航仪（GPS）