沈小兵， 李永濤

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地球物理與空間信息學(xué)院， 湖北 武漢 430074)

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·專題研討——模擬仿真實(shí)驗(yàn)(27)·

基于Matlab的水下自航目標(biāo)體三分量磁陣列探測(cè)仿真系統(tǒng)

沈小兵， 李永濤

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地球物理與空間信息學(xué)院， 湖北 武漢 430074)

基于Matlab中GUI平臺(tái)程序開發(fā)環(huán)境，開發(fā)模擬三分量磁通門磁陣列探測(cè)仿真系統(tǒng),進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)水下自航磁性目標(biāo)體的運(yùn)動(dòng)狀況，取得了如下仿真效果：通過控件實(shí)現(xiàn)了自航磁性目標(biāo)體的三分量磁異?？梢暬瘮?shù)值模擬計(jì)算功能；運(yùn)動(dòng)中的磁性目標(biāo)體Za、Hax、Hay三分量及總磁異常的特征分析；根據(jù)自航磁性體運(yùn)動(dòng)特征實(shí)現(xiàn)自航磁性體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及磁異常曲線的可視化顯示；根據(jù)用戶輸入的不同參數(shù)，實(shí)現(xiàn)磁性目標(biāo)體在不同深度、不同半徑、不同長(zhǎng)度、不同運(yùn)動(dòng)速度以及不同環(huán)境磁場(chǎng)的條件作用下的三分量磁異常變化的仿真模擬技術(shù)。經(jīng)過該仿真模擬實(shí)驗(yàn)，加深了對(duì)三分量磁探測(cè)水下磁性目標(biāo)體方法技術(shù)的了解，為學(xué)生從事地球物理勘探工作以及軍事地球物理均具有幫助。

Matlab； 三分量； 磁陣列； 仿真系統(tǒng)； 自航目標(biāo)體； 磁異常

0 引 言

磁法勘探研究中的磁異常是指磁性體產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加在地球磁場(chǎng)之上而引起的地磁場(chǎng)畸變;它是一個(gè)空間矢量場(chǎng),可以通過它在3個(gè)坐標(biāo)軸的分量或是正常地磁場(chǎng)方向的投影量來確定,也可以進(jìn)一步用各分量的垂向、水平梯度來表示。所以,磁異常是一個(gè)多分量磁場(chǎng)。用高精度磁力儀觀測(cè)獲得磁異常多分量信息是磁法勘探的一個(gè)重要環(huán)節(jié),可靠的磁異常多分量數(shù)據(jù)是磁法勘探的重要基礎(chǔ)[1-2]。在以往地面磁法勘探測(cè)量磁場(chǎng)的單一分量中,不管是水平分量、垂直分量還是總場(chǎng),在解釋的時(shí)候通常是繪制平面等值線圖、剖面圖,通過化極、延拓等輔助方法來推斷場(chǎng)源中心、埋深以及范圍等。如果可以直接得到測(cè)量磁場(chǎng)的各個(gè)分量,繪制精確的含有矢量信息的圖件來反映異常體的各種特征,在后期的解釋過程中,可以增加反演結(jié)果的可靠程度,并且也可以根據(jù)多分量帶來的空間矢量場(chǎng)的方向信息,增加對(duì)磁異常的空間認(rèn)識(shí)[4,8-12]。

基于三分量磁信號(hào)的目標(biāo)探測(cè)技術(shù)是近年來隨著磁探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展和磁探測(cè)傳感器的測(cè)量的測(cè)量精度的不斷提高而新興起的一種目標(biāo)磁探測(cè)技術(shù)。它以含有鐵磁性物質(zhì)的物體擾動(dòng)地磁場(chǎng)分布，從而產(chǎn)生地磁場(chǎng)分布異常的物理現(xiàn)象為基礎(chǔ)，通過測(cè)量磁異常信號(hào)的分布，提取磁異常信號(hào)的特征量，并通過一定的數(shù)據(jù)處理最終得到目標(biāo)相關(guān)信息。該項(xiàng)技術(shù)在軍事領(lǐng)域擁有極其廣闊的發(fā)展前景，比如說，隱形目標(biāo)搜索，戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)控，水雷位置探測(cè)等[3]。

Matlab是由MathWorks公司開發(fā)的一種主要用于數(shù)值計(jì)算及可視化圖形處理的工程語言[6],它將數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、圖形圖像處理、信號(hào)處理和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在較易使用的交互式計(jì)算機(jī)環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程應(yīng)用提供了一種功能強(qiáng)、效率高的編程工具，它擁有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算與可視化功能、簡(jiǎn)單易用、開放式可拓展環(huán)境，特別是所附帶的30多種面向

不同領(lǐng)域的工具箱支持，使得它在許多科學(xué)領(lǐng)域中成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析、算法研究和應(yīng)用開發(fā)的基本工具和首選平臺(tái)[13-20]。

基于Matlab的水下自航目標(biāo)體三分量磁陣列探測(cè)仿真系統(tǒng),將有助于地球物理學(xué)專業(yè)及磁法勘探領(lǐng)域?qū)W生得到更好的訓(xùn)練和提高。

1 自航磁性體的磁異常正演

根據(jù)物理學(xué)原理，流線型物體運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力最小，所以水下運(yùn)動(dòng)磁性體的形狀多為長(zhǎng)橢圓狀，在一定程度上，可以以一運(yùn)動(dòng)的磁性水平圓柱體來代替運(yùn)動(dòng)中的磁性體，兩者所產(chǎn)生的磁異常特征基本相同，因此討論水平圓柱體的磁異常特征不僅有實(shí)際的意義，也有一定的合理性[1,5]。

水平圓柱體的磁場(chǎng)可視為許多沿走向緊密排列的磁偶極子的磁場(chǎng)之和。因此,將均勻磁化球體的磁場(chǎng)沿走向積分,就求得斜磁化有限長(zhǎng)水平圓柱體的磁場(chǎng),其公式如下:

(1)

(2)

(3)

(4)

其中：觀測(cè)點(diǎn)P與圓柱體右截面圓心距離

觀測(cè)點(diǎn)P與圓柱體左截面圓心距離

M1=J·S為沿水平圓柱體走向單位長(zhǎng)度上的磁矩

Mx=M1cosIcosA,My=M1cosIsinA,Mz=M1sinI

Za為斜磁化有限長(zhǎng)水平圓柱體磁場(chǎng)垂直分量；Hax為斜磁化有限長(zhǎng)水平圓柱體磁場(chǎng)的水平X方向分量；Hay為斜磁化有限長(zhǎng)水平圓柱體磁場(chǎng)的水平Y(jié)方向分量；ΔT為斜磁化有限長(zhǎng)水平圓柱體磁場(chǎng)的總磁異常；x、y、z分別為觀測(cè)點(diǎn)P的X、Y、Z的坐標(biāo)值；R為水平圓柱磁性體的中心埋深；2L為沿走向的長(zhǎng)度；A為剖面磁方位角(X為剖面方向)，以逆時(shí)針轉(zhuǎn)為正；I為地磁傾角。坐標(biāo)系與水平圓柱磁性體的空間位置如圖1所示。

式(1)～(4)分別為斜磁化有限長(zhǎng)水平圓柱體磁場(chǎng)的垂直分量,水平X分量、水平Y(jié)分量及總磁異常公式。由公式可見,它不同于無限長(zhǎng)水平圓柱體的磁場(chǎng)。由于My的出現(xiàn),使磁場(chǎng)有了端面影響,由于My和L的出現(xiàn),使三度體的磁場(chǎng)公式比二度體復(fù)雜得多[7]。

2 自航磁性體可視化編程

2.1 仿真原理

將海底面設(shè)想為水平面，并以一定的網(wǎng)度布置三分量磁力測(cè)量陣列，當(dāng)水中存在自航磁性目標(biāo)體時(shí)，每個(gè)陣列坐標(biāo)磁探頭可測(cè)量自航磁性體的Za、Hax、Hay三分量及總磁異常值的大小及其相應(yīng)的矢量參數(shù)。通過空間磁異常實(shí)時(shí)變化，直觀顯示自航磁性體的運(yùn)動(dòng)時(shí)的磁場(chǎng)特征，達(dá)到水下磁性目標(biāo)體在不同深度、不同半徑、不同長(zhǎng)度、不同運(yùn)動(dòng)速度以及不同環(huán)境磁場(chǎng)條件下的仿真效果，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互功能(圖2所示)。

2.2 GUI界面設(shè)計(jì)

(1) 在命令窗口輸入命令GUIDE。啟動(dòng)對(duì)象編輯器，然后對(duì)要設(shè)計(jì)的圖形用戶界面進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì)，布局的要求為整體布局合理、簡(jiǎn)潔、美觀、操作性強(qiáng)。

(2) 添加異常實(shí)時(shí)圖像顯示功能對(duì)象。仿真界面的磁異常圖像顯示包括磁異常的平面等值線圖(Za、Hax、Hay、ΔT)顯示及三維立體圖(Za、Hax、Hay、ΔT)顯示兩方面，此功能主要是將計(jì)算出的磁異常三分量和總磁異常以圖像的形式顯示出來，使結(jié)果呈現(xiàn)更加形象、具體。為實(shí)現(xiàn)該功能，通過GUI編輯界面，選擇添加一個(gè)坐標(biāo)軸對(duì)象，調(diào)整坐標(biāo)軸對(duì)象的大小及位置。

圖2 自航磁性體三分量磁陣列探測(cè)模型

該坐標(biāo)軸對(duì)象區(qū)域即為異常圖像顯示區(qū)域。

(3) 添加運(yùn)動(dòng)磁性體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)顯示功能。為使得運(yùn)動(dòng)磁性體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以形象的顯示在仿真系統(tǒng)主界面上，同上步一樣，通過GUI編輯界面，添加一坐標(biāo)軸對(duì)象，調(diào)整坐標(biāo)軸對(duì)象大小及其位置。該坐標(biāo)軸對(duì)象區(qū)域?yàn)檫\(yùn)動(dòng)磁性體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)顯示區(qū)域。

(4) 添加參數(shù)設(shè)置功能。利用可編輯文本框?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的改變輸入，實(shí)現(xiàn)在不同物性參數(shù)下的模型研究，體現(xiàn)了良好的人機(jī)交互功能。該仿真系統(tǒng)中參數(shù)主要包括三方面：運(yùn)動(dòng)磁性體的物性參數(shù)、地磁場(chǎng)參數(shù)及圖像顯示選項(xiàng)，通過GUI編輯界面，添加可編輯文本對(duì)象?？删庉嬑谋緦?duì)象框內(nèi)為數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)域，再添加靜態(tài)文本對(duì)象，靜態(tài)文本框內(nèi)內(nèi)容主要為注釋功能，使程序界面通俗易懂，便于操作、識(shí)別。

(5) 添加實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示功能。為使用戶能具體了解磁異常的大小，需要將計(jì)算出的磁異常數(shù)據(jù)在仿真系統(tǒng)界面上顯示。通過GUI編輯界面，添加列表框?qū)ο?，調(diào)整列表框?qū)ο蟮拇笮〖捌湮恢?。?jì)算出的磁異常數(shù)據(jù)將在列表框中動(dòng)態(tài)顯示。

(6) 修改、添加、調(diào)整。修改添加的各個(gè)對(duì)象屬性及名稱，調(diào)整各個(gè)對(duì)象在GUI界面上的位置，使得界面整體更加美觀、規(guī)范。

水下自航磁性體三分量磁測(cè)主界面結(jié)構(gòu)框圖見圖3;根據(jù)上面步驟完成的仿真系統(tǒng)會(huì)顯示于界面圖。

2.3 GUI回調(diào)程序的編寫

設(shè)置好各個(gè)對(duì)象的屬性后，進(jìn)行回調(diào)程序的編寫，該步驟是實(shí)現(xiàn)圖形用戶界面程序功能的最關(guān)鍵步驟。

2.3.1 三分量磁異常計(jì)算程序的實(shí)現(xiàn)

水下自航磁性體的三分量磁陣列探測(cè),編寫回調(diào)函數(shù)時(shí)，首先要清楚研究的內(nèi)容與目的，對(duì)問題進(jìn)行適當(dāng)分析與問題簡(jiǎn)化，在本例中即為利用一有限長(zhǎng)水平圓柱磁性體代替了水下自航磁性體。

將上面式(1)～(4)編輯轉(zhuǎn)換為Matlab編程語言語句，完成斜磁化有限長(zhǎng)水平圓柱體磁場(chǎng)的垂直分量、水平X分量、水平Y(jié)分量及總磁異常數(shù)值模擬計(jì)算功能，這是本例中的計(jì)算基礎(chǔ)，其中式(1)～(4)中的計(jì)算所需的變量參數(shù)是通過可編輯文本對(duì)象進(jìn)行更改。編程中需注意矩陣運(yùn)算中的運(yùn)算符號(hào)的變化。本例中分別定義了四個(gè)自定義函數(shù)式(5)～(8)分別計(jì)算有限長(zhǎng)水平圓柱磁性體引起的磁異常的垂直分量、水平X分量、水平Y(jié)分量及總磁異常的數(shù)值大小，主函數(shù)調(diào)用這四個(gè)自定義函數(shù)完成磁異常各個(gè)數(shù)值的計(jì)算。

圖3 主界面結(jié)構(gòu)框圖

function Daan1=Za(x,y,R,L,r1,r2,Mx,My,Mz)

(5)

function Daan2=Hax(x,y,R,L,r1,r2,Mx,My,Mz)

(6)

function Daan3=Hay(x,y,R,L,r1,r2,Mx,My,Mz)

(7)

function Daan4= Del_T(x,y,M1,I,A,R,L,r1,r2)

(8)

其中：式(5)為計(jì)算有限長(zhǎng)水平圓柱體引起的磁異常垂直分量具體程序內(nèi)容如下：

function Daan1=Za(x,y,R,L,r1,r2,Mx,My,Mz)

%UNTITLED2 此處顯示有關(guān)此函數(shù)的摘要

% 此處顯示詳細(xì)說明

Daan1=(Mx*x*R/((x^2+R^2)^2))*(((y-L)*(3*(x^2+R^2)+2*(y-L)^2))/r1^3-((y+L)*(3*(x^2+R^2)+2*(y+L)^2))/r2^3)+(Mz/((x^2+R^2)^2))*((((y-L)*(((y-L)^2)*(x^2-R^2)-(x^2+R^2)*(2*R^2-x^2)))/r1^3)-(((y+L)*(((y+L)^2)*(x^2-R^2)-(x^2+R^2)*(2*R^2-x^2)))/(r2^3)))-My*R*((r2^3-r1^3)/((r1^3)*(r2^3)));

end

式(6)～(8)中具體編程語句由上同理編輯完成。

2.3.2 磁異常圖示結(jié)果可視化的實(shí)現(xiàn)

實(shí)驗(yàn)中將三分量磁探頭放置在海底，組成運(yùn)動(dòng)磁性體探測(cè)磁陣列，當(dāng)運(yùn)動(dòng)磁性體經(jīng)過三分量探測(cè)磁陣列時(shí)，自航磁性體所引起的磁異常將被海底布置的三分量磁陣列磁探頭探測(cè)(如圖2)，在上位機(jī)(PC機(jī))中顯示出探測(cè)的磁異常。

磁異常圖示結(jié)果可視化的實(shí)現(xiàn)即為將式(1)～(4)式中計(jì)算的結(jié)果以圖像的形式顯示，可分為磁異常2D平面等值線圖像和磁異常3D空間立體圖像顯示。磁異常2D平面等值線圖像可直觀地分辨出磁異常等值線的密集處與稀疏處，而磁異常3D空間立體圖像可形象地觀察出測(cè)區(qū)各處的磁異常變化情況，易觀察磁異常峰值處及梯度變化處。兩種磁異常圖像各有優(yōu)點(diǎn)，在本仿真系統(tǒng)可根據(jù)用戶的選擇改變繪圖類型。

(1) 平面等值線圖實(shí)現(xiàn)部分。利用式(5)～(8)中數(shù)值模擬系統(tǒng)中計(jì)算出的結(jié)果，通過Matlab中繪圖函數(shù)，其中繪制磁異常2D平面等值線圖像利用函數(shù)contour()。contour()函數(shù)是Matlab中繪制等值線函數(shù)。利用仿真系統(tǒng)主界面中繪圖類型控制面板，用戶可以自由選擇繪制圖像類型及圖像繪制目標(biāo)：磁性目標(biāo)體的Za、Hax、Hay三分量或者總磁異常ΔT。其中繪制磁性目標(biāo)體Za分量平面等值線圖程序如下：

contour(x,y,Za);

其中：變量x為X坐標(biāo)軸坐標(biāo)值；變量y為Y坐標(biāo)軸值；Za即為該坐標(biāo)處磁異常的垂直分量。

完成程序編寫后，點(diǎn)擊運(yùn)行程序，輸入水平圓柱磁性體的半徑、長(zhǎng)度、運(yùn)動(dòng)速度、地磁場(chǎng)的大小、磁傾角、磁偏角等數(shù)據(jù)，以一距海底50 m，半徑為6 m，長(zhǎng)15 m，運(yùn)動(dòng)速度為50 m/s，方向與X軸呈45度的水平圓柱磁性體為例，設(shè)置地磁場(chǎng)為50 mT，磁傾角45°，磁偏角45°等數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊正演按鈕得到結(jié)果如圖4，同理可以繪制Hax，Hay，ΔT的磁異常等值線圖，如圖5～7。由圖4～7可以看出,磁異常等值線最密集的處即為運(yùn)動(dòng)磁性體的位置所在，根據(jù)磁異常等值線密集處運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化則可以判斷運(yùn)動(dòng)磁性體的運(yùn)動(dòng)方向及速度大小。

(2) 三維立體圖實(shí)現(xiàn)部分。利用式(5)～(8)中數(shù)值模擬系統(tǒng)中計(jì)算出的結(jié)果，通過Matlab中繪圖函數(shù)函數(shù)surf()繪制磁異常三維立體圖像。surf()函數(shù)是Matlab中繪制表面圖函數(shù)。利用仿真系統(tǒng)主界面中繪圖類型控制面板，用戶可以自由選擇繪制圖像類型及圖像繪制目標(biāo)：磁性目標(biāo)體的Za、Hax、Hay三分量或者總磁異常?T。其中繪制磁性目標(biāo)體Za分量3D立體圖的程序如下：

surf(x,y,Za);

完成程序編寫后，點(diǎn)擊運(yùn)行程序，輸入相應(yīng)參數(shù)，選擇繪制磁異常Za3D立體圖，得到圖8。同樣可以選擇繪制磁異常水平X、Y分量及總磁異常的3D空間立體圖，如圖9～圖11。

圖4 運(yùn)動(dòng)磁性體Za等值線圖

圖5 運(yùn)動(dòng)磁性體Hax異常平面等值線

根據(jù)不同參數(shù)繪制出的磁異常平面等值線圖及磁異常3D空間立體圖的特性，研究運(yùn)動(dòng)磁性體的位置和運(yùn)動(dòng)方向及速度，總結(jié)出不同狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)磁性體的磁異常圖像特征，為實(shí)際探測(cè)到的磁異常曲線圖解釋提供理論依據(jù)，為研究并推斷運(yùn)動(dòng)磁性體的走向長(zhǎng)度、半徑、運(yùn)動(dòng)速度及方向等物性參數(shù)理論基礎(chǔ)。

在該仿真系統(tǒng)主界面上,用戶可以非常方便地輸入運(yùn)動(dòng)磁性體的物性參數(shù)和幾何參數(shù),然后直觀地觀察不同參數(shù)下的運(yùn)動(dòng)磁性體的磁異常在整個(gè)平面和空間的分布特征,這些特征將為實(shí)際環(huán)境中探測(cè)到的運(yùn)動(dòng)磁性體的磁異常特征解釋推斷提供一個(gè)有力分析工具[5]。

2.3.3 仿真系統(tǒng)人機(jī)交互功能的實(shí)現(xiàn)

通過人機(jī)交互功能實(shí)現(xiàn)研究不同物性參數(shù)條件下的運(yùn)動(dòng)磁性體的磁異常特征。仿真系統(tǒng)主界面處設(shè)置有數(shù)據(jù)錄入控制面板，在此處可以改變運(yùn)動(dòng)磁性體的半徑、走向長(zhǎng)度、運(yùn)動(dòng)速度、磁場(chǎng)大小、磁偏角、磁傾角等參數(shù)，根據(jù)用戶輸入的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)研究磁性目標(biāo)體在不同深度、不同半徑、不同長(zhǎng)度、不同運(yùn)動(dòng)速度以及不同環(huán)境磁場(chǎng)條件下磁性體三分量磁異常的變化特征。

圖7 運(yùn)動(dòng)磁性體ΔT異常平面等值線

圖8 運(yùn)動(dòng)磁性體Za3D空間立體圖

圖9 運(yùn)動(dòng)磁性體Hax3D空間立體圖

下式為讀取用戶設(shè)置的運(yùn)動(dòng)磁性體半徑函數(shù)：

r=get(handles.edit1,'string');

R=str2num(r);%圓柱半徑

其中：handles.edit1為該可編輯文本框?qū)ο蟮膶?duì)象名，利用get()函數(shù)讀取該文本框中字符，讀取的變量r為字符型，無法直接參與數(shù)值計(jì)算，則利用str2num()函數(shù)將字符型的變量r轉(zhuǎn)變成數(shù)值型的變量R，參與數(shù)值計(jì)算，其他物性參數(shù)同上利用同樣函數(shù)讀取，仿真系統(tǒng)主界面中的多個(gè)可編輯文本框中讀取的物性參數(shù)為數(shù)值模擬計(jì)算的基礎(chǔ)。

圖10 運(yùn)動(dòng)磁性體Hay3D空間立體圖

圖11 運(yùn)動(dòng)磁性體ΔT3D空間立體圖

2.3.4 磁性體自航時(shí)動(dòng)態(tài)顯示的實(shí)現(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)中的磁性體磁異常特征的研究，雖然靜止磁性體的磁異常并不能滿足研究要求，但是運(yùn)動(dòng)的磁性體磁異常特征可以分解為多個(gè)按一定時(shí)間順序排列的靜止磁性體磁異常特征合成。根據(jù)這一研究思想，實(shí)現(xiàn)磁性體的運(yùn)動(dòng)顯示，具體程序代碼如下：

pausetime=0.01;

pause(pausetime);

drawnow

其中：變量pausetime是屏幕圖像顯示暫停時(shí)間變量，這里設(shè)置的是0.01 s;pause()函數(shù)是暫停函數(shù);drawnow是刷新屏幕函數(shù)，這兩個(gè)函數(shù)共同使用，則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)磁性體磁異常特征的研究。

2.3.5 自航磁性體磁異常數(shù)據(jù)輸出的實(shí)現(xiàn)

磁異常平面等值線圖像和3D立體圖像可以定性的研究磁異常的特征，但是當(dāng)需要定量研究某些點(diǎn)磁異常的特征時(shí)，磁異常的平面等值線和3D立體圖像并不能很好的滿足，則需要直接將磁異常數(shù)據(jù)輸出。本仿真系統(tǒng)磁異常數(shù)據(jù)輸出的方法有兩種：① 將數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，直接輸出至仿真系統(tǒng)主界面上實(shí)時(shí)顯示;② 將數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件(txt文件、dat文件等)中。在圖4仿真系統(tǒng)主界面中可以選擇是否將式(5)～(8)中數(shù)值模擬系統(tǒng)中計(jì)算出的結(jié)果導(dǎo)出至存儲(chǔ)文件中儲(chǔ)存，同樣也可以選擇磁陣列中某一探頭，將該點(diǎn)磁異常值顯示在GUI界面上，凸顯該探頭處在磁性體運(yùn)動(dòng)整個(gè)過程中磁異常數(shù)值變化。下面程序代碼是將磁異常顯示在數(shù)據(jù)顯示框中：

Lstring=num2str(Za);

inform{length(inform)+1,1}=Lstring;

set(handles.listbox2,'String', inform);

其中：num2str()函數(shù)是將Za由數(shù)值類型轉(zhuǎn)換為字符型的變量Lstring；handles.listbox2是顯示數(shù)據(jù)的列表對(duì)象名稱，利用set()函數(shù)將字符型的變量Lstring顯示在數(shù)值顯示框中。

下面為將數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果輸出并保存在數(shù)據(jù)文件TXT文件的函數(shù)。

[fn1,pn1]=uigetfile('*.txt','Select the Data file');

fid1=fopen(strcat(pn1,fn1),'wt');

fprintf(fid1,'%f %f %f %f %f %f ',x,y,Za,Hax,Hay,Del_T);

fclose(fid1);

其中：uigetfile()是選擇指定輸出數(shù)據(jù)文件夾函數(shù)；fopen()是打開文件夾函數(shù)；fprintf()是文件夾輸出函數(shù)；fclose()是關(guān)閉文件夾函數(shù)；fid1是文件夾指針變量；x、y、Za、Hax、Hay、Del_T分別是X坐標(biāo)值、Y坐標(biāo)值、磁異常垂直分量、磁異常水平X分量和磁異常水平Y(jié)分量；”%f”是數(shù)據(jù)輸出格式。

某一時(shí)刻水平圓柱磁性體的三分量數(shù)據(jù)見表1。

表1 海底三分量磁陣列某一時(shí)刻的的測(cè)量數(shù)據(jù)

T0=50 μT；A=90°；I=90°；V=50 m/s；R=6 m；L=15 m

3 結(jié) 語

基于Matlab中GUI程序開發(fā)環(huán)境，設(shè)計(jì)磁通門三分量磁陣列進(jìn)行運(yùn)動(dòng)磁性體中的探測(cè)模擬，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)磁性體三分量磁異?？梢暬瘮?shù)值模擬計(jì)算功能，研究運(yùn)動(dòng)中的磁性體磁測(cè)中Za、Hax、Hay三分量及總磁異常的變化規(guī)律。該仿真系統(tǒng)可根據(jù)用戶對(duì)不同深度、不同半徑、不同長(zhǎng)度、不同運(yùn)動(dòng)方向和速度的磁性目標(biāo)體以及不同地磁場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行任意參數(shù)設(shè)置，從而可以更好地反映真實(shí)環(huán)境中運(yùn)動(dòng)磁性體的磁異常特征。采用磁異常信號(hào)對(duì)水下運(yùn)動(dòng)磁性體目標(biāo)探測(cè)技術(shù)能彌補(bǔ)聲吶探測(cè)在這方面的不足，更好地解決“隱身”運(yùn)動(dòng)磁性體難以探測(cè)的問題。

相比于C語言、VB語言等計(jì)算機(jī)程序語言，Matlab擁有更加強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力及圖形處理能力，程序語言簡(jiǎn)便，功能十分強(qiáng)大，可根據(jù)用戶要求自行設(shè)計(jì)美觀合理的界面。利用強(qiáng)大的Matlab程序設(shè)計(jì)語言，本文實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)磁性體三分量磁異常的動(dòng)態(tài)顯示和其運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)顯示及良好的人機(jī)交互能力，使得可以更加全面地定性、定量分析磁異常的特征。

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Detective Simulation System of the Self-propelled Object’s Three-component Magnetic Array Based on Matlab

SHENXiao-bing，LIYong-tao

(Institute of Geophysics Geomatics, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China)

Based on GUI procedure development circumstance in Matlab, we develop a software which simulates magnetic flux gate array of three-component magnetic to survey underwater self-propelled object's movement. The simulated effects are as follows: it can make self-propelled object visible when the three-component is abnormal; it can imitate computing functions; it can also provide feature analysis of Za, Hax, Hay and the total magnet when the magnetic target is moving. According to self-propelled feature of magnetic body movement, the motion situation and magnetic anomaly curve can be observed. According to the parameter inputted by user, it can actualize simulation of magnetic object's anomalous conditions in different depths, semidiameters, lengths, speeds, and magnetic surroundings. Through the simulation experiment, it can deepen students' comprehension about the skill of detection of magnetic object underwater and give certain reference to student those who engage in geophysical exploration and military geophysical.

Matlab; three-component; magnetic array; simulation system; self-propelled target body; magnetic anomaly

2015-03-13

湖北省科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2015BCE077)；中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)2014-2015學(xué)年度教學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目

沈小兵(1993-)，男，江西景德鎮(zhèn)人,本科生，就讀于地球物理學(xué)專業(yè)。Tel.：13387590418；E-mail：1136926533@qq.com

李永濤(1961-)，男，江蘇南通人，博士，教授，主要從事地球物理學(xué)及環(huán)境磁學(xué)研究。

Tel.：027-67883447；E-mail：ytli@cug.edu.cn

P 631.2

A

1006-7167(2015)11-0103-08