Geometrics公司的铯光泵磁力仪G882有两个型号:一个是出口型号G882SX,另一个是原装型号G882,出口型号的噪声水平比原装型号高一个量级。国内搞磁力仪的专业人士认为进口型号故意加了噪声。
在之前的博文《如何利用matlab对G882数据进行频谱分析》中,我们获取了G882SX的静态数据和动态数据。静态和动态数据都是10Hz。静态数据包含白天和黑夜的数据,因为是在室内,白天干扰较大,本次只保留夜晚1点至4点约3个小时的数据。
G882SX静态数据的时域和频域曲线见下图。
频率曲线的纵轴叫功率谱密度(power spectral density),表征信号功率在频率上的分布。
G882SX动态数据是在海上采集的,时域和频域曲线见下图。
我们在国外网站找了两天采样频率不小于10Hz的原装G882数据,都没有找到,后来Geometrics公司官网论坛的版主给了一段G862和G862SX的静态数据。G862的指标参数与G882相同。
G862和G862SX静态数据的时域曲线见下图。很明显,胖曲线(下面那个)是G862SX的。
G862SX和G862静态数据的频率曲线见下图。很明显,下面那个0-2Hz频率上波动小的是G862的。
从上面这些图可以看出,Geometrics公司出口(带SX)比非出口(不带SX)噪声大一些,在频率段上看,无论是非出口还是出口的,0.5-2Hz(磁力仪有效带宽)能量波动更小一些,特别是,非出口的磁力仪表现更为明显。
我们和Geometrics公司论坛版主关于这个问题进行了讨论,他们发了两个文件。
第一个文件是用对比试验说明非出口和出口的探测结果基本相同。在野外放置大小不同的目标,然后用磁力仪进行探测。
探测结果的平面图(出口型和非出口型)如下:
同一条测线的时域曲线如下,出口型的曲线比非出口型胖一些,就是噪声大一些。
第二个文件是说明两者之间的区别。我们用kimi将其翻译成中文。全文如下:
以下解释旨在阐明标准磁力计、SX磁力计以及美国政府出口法规之间的关系。我们还将讨论性能规格,以便我们可以清楚地解释和比较磁力计数据表上经常引用的nt/sq-rt-Hz RMS值与峰峰值。
美国政府的规定要求,对于灵敏度优于(小于)0.02nT/sq-rt-Hz RMS的磁力计需要出口许可证。对于非瓦瑟纳尔协议国家销售的系统,我们提供我们的SX型号,其噪声水平为0.02nT/sq-rt-Hz RMS。相比之下,我们的标准G-858规格为0.008nT/sq-rt-Hz,标准G-882为0.004nT/sq-rt-Hz RMS。
这些数字在实际现场性能中意味着什么?在实验室(非现场)以每秒10个样本的采样率下,858SX将表现出大约0.125 nT的噪声(峰峰值),而标准858约为0.05nT(峰峰值)。在较慢的速率(5 Hz)下,858的峰峰值将更接近,可能分别为0.08和0.05nT。在典型的大气条件下,由于地磁微脉动引起的背景噪声也约为0.02nT/sq-rt-Hz!微脉动是由上层大气中的电流引起的0.2Hz至10Hz的小型磁场变化。这些电流是太阳风与雷暴活动的结果。
任何磁力计都会记录背景噪声(微脉动、日变化等)和其自身内部噪声的组合。这些噪声分量与其他数据不相关,因此它们将以它们平方幅度之和的平方根相加。在G-858SX的情况下,这种组合将是0.125nT x 根号2或0.18nT。对于G-858,这种组合将是根号(0.125nT的平方 + 0.05nT的平方)= 0.13nT。因此,如果您比较G-858和G-858SX的调查结果,您通常只会看到峰峰值幅度的0.05差异。在任何用于勘探、调查或目标获取目的的等高线图中,这种差异是看不到或甚至检测不到的。
值得注意的是,5Hz至10Hz频率范围内的地磁微脉动幅度并不恒定;有时它们会大于0.02nT,有时则小于。它们的强度受全球雷暴活动的平均强度控制,因此不可预测或不可移除。
在慢速(步行和海洋调查速度)下,大气、地球表面附近(运动噪声)和SX磁力计本身可能产生类似的噪声量。重申一下,这意味着当测量结果转换为1或2 nT等高距的等高线图时,858SX和858将产生相等的结果。此外,对于海洋调查,海洋本身也会产生显著的噪声,包括海浪噪声、地质(如果正在寻找管道或沉船)、地球磁场的日变化和调查船只的噪声。这意味着当我们为地质或目标狩猎制作地图时,无论使用标准型号还是SX,我们都能得到相同的结果。
小结
我们做一下简单的总结:
1)出口型比非出口型噪声大一些,噪声水平几乎差一个数量级,但是峰峰值的表现上,相差并不大,约0.05nT,因此,在探测目标或大面测量,探测结果基本相同。
2)在0.5-2Hz有效频率上的能量波动比其它频率段更小一些。
3)从技术指标与频率曲线来看,表征磁力仪性能主要在于0.5-2Hz的能量波动,能量波动小,说明磁力仪性能指标越好。
4)至于出口型G882SX是否故意加噪声还是性能差一些,还需要再研究。
参考文献:
G-882-Spec-Sheet_0723
A Controlled Survey Comparison of the G−858SX and G−858 Cesium Magnetometer Performance
https://www.geometrics.com/