随着我国国民经济的快速发展,大宗商品运输的需求日益强烈,沿海地区以港口、码头与航道为代表的海岸工程成为我国基础建设的重点领域之一。伴随着”一路一带”、”海上丝绸之路”等国家战略的确立以及长江黄金水道建设的推进,在可预期的将来,我国的海洋工程建设不仅在国内会不断深入和升级,而且也必将在国际海洋工程建设领域占据更多的市场份额。但是,随着海洋开发的逐步深入发展,海岸线资源变得极为宝贵,近海港口、码头、航道、填海造地、桥梁等工程,极可能受已有的人类构筑物或遗弃物(如海底管线、人工鱼礁、沉船、爆炸物等)阻碍,这些因素可能导致工程事故发生,造成经济损失等问题。因此,在工程建设前期阶段,必须对海底障碍物进行排查,以排除隐患。同时,新形势下的工程施工及安全管理制度对施工海域水底障碍探测的准确性提出了更高的要求,如对水下未爆炸物、危险品容器、沉船、管线等的探测,不仅要提供准确的位置,还需要提供目标尺寸、数目等,以便为回避、排险和打捞工作提供尽可能充分的依据。这已经成为目前海洋工程物探急需解决的重要问题之一。针对常见的海底障碍物,目前国际通行的方法是采用多种地球物理勘察方法进行综合探测,辅助人工探摸等方式加以验证,具体采用的地球物理勘察方法包括：多波束测深、浅地层剖面探测、侧扫声纳探测、海洋磁法探测等方法。不同的方法有其各自的优缺点：多波束具有覆盖宽度大、水深密度大的特点,平面位置准确合理,发现目标能力强,主要用于较大范围内探测出露海底的礁石、沉船等；浅地层剖面法用以探明障碍物的埋深、形态、规模等；侧扫声纳用以探明海底面存在的未埋藏的障碍物的位置及形态；海洋磁法用以探明海底铁质或水泥质的具有强磁性的障碍物。由于海底淤泥或砂极可能对障碍物形成掩埋,考虑到障碍物多为铁质或水泥质,海洋磁法探测是最主要的技术手段之一。目前国内外的海底障碍物探测的磁测技术依然存在一些不可忽视的问题,比如：由于目标自身物性变化,导致异常复杂化而造成误判；因背景场及过往船只等外在干扰使目标异常难以分辨；水下目标物受环境影响敏感,无法或难以采用其他方法验证或者验证效果不明显,比如管线深埋等；磁测反演推断水下目标的量化指标依然需要进一步细化等。因此,需要针对水下磁性目标特征,研究和开发新的数据处理和分析技术,以提高利用磁测技术探测目标的准确性和可靠性。这对于推动水下障碍探测技术的发展,推广地球物理勘察技术在海岸工程中的应用具有重要的学术和实际意义。论文回顾了磁性体磁异常的基本理论,以及磁性体的感应磁化、剩余磁化对水上磁法探测的影响,从而明确了论文的研究方向和研究内容,分述如下：(1)观测磁异常的滤波去噪。论文进行了经验模态分解(EMD)去噪和Hum滤波去噪的理论分析,并且利用同一种带噪声的磁测数据分别采用上述两种方法进行去噪处理,从而判断两种去噪处理方法的差别,研究表明：Hum滤波方法滤除噪声不够彻底,仍存有大量残余,而EMD滤波方法去噪结果更加彻底,异常曲线较为平滑。(2)目标磁异常的分离与提取。论文对二维经验模态分解(BEMD)、小波变换进行背景场分离的相关理论进行了分析,并且分别采用上述两种方法对叠加的异常进行多尺度分解,然后重构局部异常和区域异常,最后利用匹配滤波方法进行对比,以判断两种方法对于背景场分离的效果,其研究表明：两种方法各有特点,在实际数据处理中,需要利用多种方法进行多尺度分解,以获取较为满意的分场效果。(3)目标磁异常的转换与增强处理。论文对磁异常模量理论分析表明：磁异常模量Tα以及其衍生出的四种磁异常幅值转换参量(R, E, Q, L)无论对于二维磁性体还是三维磁性体,均不依赖或者弱依赖于磁化方向,运用这些参量进行相关处理,基本不受剩磁和退磁作用的影响；另外,论文对解析信号振幅(ASA)方法进行了分析,该方法利用极大值位置确定地质体的边界或中心位置,其幅值主要刻画异常体在水平方向上的边缘位置,该方法也能有效消除水下目标剩、退磁的影响。论文还建立了单一长方体和组合长方体模型来验证上述结论,验证研究表明：在对磁异常数据进行适度地下延处理之后,磁异常模量和ASA虽然在刻画异常的形态和位置、边界上有所差别,但是上述两种方法均能够准确地刻画目标体形态特征,大大降低水下目标剩、退磁现象对探测结果的影响。论文通过对单个立方体模型、单个管线模型、组合模型进行下延分析,证实经过改进的正则化方法在大于截断频率的部分与常规Tikhonov正则化方法一致,但是在低频部分通过的明显更多,对低频造成的压制更少,对水下目标体有较强的“聚焦”效果,模型体的轮廓更清晰。(4)水下目标的磁化率成像反演。论文采用最小结构反演方法进行磁化率成像,以确定和刻画水下目标。在反演过程中分别采用了L1范数和L2范数,并且对两者结果进行对比分析。对于单个长方体模型,L1范数反演结果具有更为规则的边界,L2范数则相对更为平滑；对于多个长方体组合模型,两种范数反演结果均能够确定场源体的位置和大致范围,从反演结果物性分布比较而言则是L1范数反演结果相对更为准确。(5)实际应用研究。论文还通过马当沉船调查、大亚湾海底排污管线调查、崖13-1海底天然气管线调查、港珠澳大桥沉管隧道磁测试验等工程实例,进一步证实了采用经验模态分解(EMD)去噪、磁异常模量(Ta, R, E, Q, L)和解析信号振幅(ASA)消除水下目标剩退磁的影响、正则化方法稳定下延分析以及基于最小结构反演的磁化率成像等技术对于改进磁法数据处理水平、提高磁法确定水下目标的精准化程度具有较好的应用效果和应用前景。论文的主要创新点如下：(1)针对实际水下目标异常体特征,开展了有针对性的理论模拟和相关新方法与技术的试验研究,并取得了有实际指导性意义的成果。(2)通过应用改进稳定下延方法,并应用抗剩磁性强的转换参数,对水下目标进行水平定位,通过理论证明与实际应用,取得了良好的效果。(3)依据反演理论,采用最小结构模型进行磁化率反演成像以确定和刻画水下目标,在成像过程中采用了L1范数和L2范数分别进行反演,并对两者结果进行了对比分析。对于单个长方体模型,L1范数反演结果具有更为规则的边界,L2范数则相对更为平滑。(4)通过马当沉船调查实例证实了采用经验模态分解(EMD)去噪、磁异常模量(Ta, R,E,Q,L)和解析信号振幅(ASA)消除水下目标剩退磁的影响、正则化方法稳定下延以及基于最小结构的磁化率反演成像等技术对于确定水下掩埋沉船的量化指标具有较好的应用效果；通过大亚湾海底排污管线调查实例证实了采用磁异常模量对于快速、准确找寻海底埋藏水泥质管线并量化分析其形态具有较好的应用前景；通过崖13-1海底天然气管线调查实例和港珠澳大桥沉管隧道磁测试验实例证实采用磁化率成像反演海底埋藏铁质管线和钢筋混凝土沉管具有较高的精准性。以上实例的磁测分析成果均经过了浅地层剖面探测等其他地球物理方法的相互验证或者潜水探摸打捞等直接验证。