國際地磁參考場的計算與軟件實現(xiàn)

柴松均，陳曙東，張 爽

(吉林大學電子科學與工程學院，長春130012)

0 引言

國際地磁參考場(IGRF:International Geomagnetic Reference Field)是由國際地磁與高空物理學協(xié)會(IAGA:International Association of Geomagnetism and Aeronomy)發(fā)布的用來計算地球主磁場的數(shù)值模型。自1968年以來，IAGA共發(fā)布了11代IGRF，其精度不斷提高，適用的時間范圍也逐漸延伸［1－3］。IGRF模型廣泛應用于科研、生產(chǎn)、通訊和航天等領域，在地磁測量中可利用其完成對測量值的預估與比對、正常梯度改正等工作［4－6］。本實驗室研制的JPM－1、JOM－1型質(zhì)子磁力儀的絕對精度已能滿足高精度磁測要求，在進行較大面積測量時需要以IGRF為正常場對數(shù)據(jù)進行正常梯度改正［7－9］。為了快速、準確地獲得測點正常場值，豐富磁力儀的軟硬件功能，需要深入研究IGRF的建模原理并編寫計算精度高、可移植性好的C語言程序。

筆者針對實際需要，研究了國際地磁參考場的數(shù)學原理和計算方法，總結(jié)出完整的編程計算公式，根據(jù)理論研究編寫了精確計算地磁正常場的C語言程序，其計算精度可達±1.2 nT。磁測資料的正常梯度改正和磁力儀配套上位機軟件均需要對IGRF進行即時、精確地計算，筆者的研究結(jié)果解決了上述問題中的理論障礙，為磁力儀功能的進一步升級建立了基礎。

1 國際地磁參考場的數(shù)學描述

作為國際通用的全球地磁標準模型，IGRF描述了地球的主磁場及其長期變化。2009年12月IAGA發(fā)布了最新一代IGRF模型IGRF－11，它采用建立在參考圓球與球心坐標系基礎上的高斯球諧分析模式表示全球地磁場［10，11］。在地面或上空的任意一點，由IGRF模型可將主磁場的標量位函數(shù)U(r，θ，λ，t)用球諧級數(shù)表示為