CN104808250A - 一种基于无人机的航空磁力探测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无人机的航空磁力探测装置与方法，包括航空磁力仪***、无人机飞行平台、机载数据采集***、机载GPS定位***；所述航空磁力仪***，包括用于测量地球磁场的总场磁力仪和用于测量无人机姿态三分量磁力仪；所述机载数据采集***包括主控模块、总场磁力仪采集模块、三分量磁力仪采集模块、GPS模块、A/D采集卡、状态显示模块及存储模块。本发明的优点是不需要大型有人飞机，降低了航空磁测成本，适合应用于车船不能到达的陆地和滩浅海交界地区磁力探测，具有成本低和安全性高等优势。

Description

一种基于无人机的航空磁力探测装置与方法

技术领域

本发明涉及一种基于无人机的航空磁力探测装置与方法，属于地球物理勘探技术领域。

背景技术

航空磁力探测是通过安装在飞机上的磁力仪对地磁场进行探测，获取地磁场的磁性参数，通过对所获取数据进行计算、成图来分析判断地质情况或判断找矿靶区的一种方法。传统的航空磁力探测装置需要在有人驾驶的专用飞机上使用，作业成本高，且需要专业的飞行员进行操作，受天气、地形、机械等条件的限制，人员的安全受到威胁。此外，作业时间受到黑夜限制，难以进行全天候作业；作业地域限制较大，难以随着调查船进行海洋和岛屿磁力探测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于无人机的航空磁力探测装置与方法，无需大型有人飞机，降低航空磁测成本。

本发明所述的探测装置，包括航空磁力仪***、无人机飞行平台、机载数据采集***、机载GPS定位***。

所述航空磁力仪***，包括总场磁力仪和三分量磁力仪，所述总场磁力仪用于测量地球磁场，三分量磁力仪用于测量无人机姿态。

所述总场磁力仪测量地球磁力总场。由于受无人机本身磁场的影响，总场磁力仪测得的地球磁力总场包含无人机磁场干扰。无人机磁场对测量地球磁力总场的干扰与无人机的飞行姿态密切相关。所述三分量磁力仪测量无人机的飞行姿态，将这些数据送到机载数据采集***。

所述机载数据采集***包括主控模块、总场磁力仪采集模块、三分量磁力仪采集模块、GPS模块、A/D采集卡、状态显示模块及存储模块；总场磁力仪采集模块为总场磁力仪提供电源、将主控模块的命令发送给总场磁力仪、将总场磁力仪的数据传输给主控模块；三分量磁力仪采集模块为三分量磁力仪提供电源、将主控模块的命令发送给三分量磁力仪、将三分量磁力仪的数据传输给主控模块；GPS模块将GPS的数据传输给主控模块；A/D采集卡对四路模拟量输入进行数字化并传输给主控模块；主控模块对总场磁力仪和三分量磁力仪进行控制，接收总场磁力仪、三分量磁力仪、GPS、四路模拟量输入数据并记录于存储模块；主控模块包含自动磁补偿模块，主控模块同时接收总场磁力仪测得的包含无人机磁场干扰的地球磁力总场数据和三分量磁力仪测得的无人机飞行方向与姿态数据；主控模块所含自动磁补偿模块根据三分量磁力仪测得的无人机飞行方向与姿态数据实时解算，去除总场磁力仪测得的地球磁力总场数据中所包含的包含无人机磁场干扰，将去除干扰后的数据记录于硬盘并实时通过数据输出端口输出；状态显示模块实时显示各种设备状态信息。

优选地，航空磁力仪***中的总场磁力仪为SCINTREX公司生产的CS-3高灵敏度铯光泵磁力仪。

优选地，航空磁力仪***中的三分量磁力仪为Bartington公司生产的Mag629磁通门磁力仪。

所述无人机飞行平台，是旋翼无人直升机或固定翼无人机。

优选地，无人机飞行平台为山东潍坊天翔航空公司V750无人直升机，无人机续航时间不低于4小时。

优选地，机载GPS定位***为Novetal OEMV1。

本发明所述的探测方法，采用如下磁力探测步骤：

（1）将补偿飞行测线与磁力探测测线坐标录入无人机机载***；

（2）设置航空磁力仪***的采样率等工作参数，开机工作；数据采集***开机工作；

（3）无人机起飞并到达既定高度后，首先进行磁力补偿飞行；补偿飞行测线一般为一个正方形闭合框，在飞行期间完成侧滚、摇摆和俯仰三种规定动作，机载数据采集***实时解算无人机磁场干扰参数；

（4）无人机完成后磁力补偿飞行后，开始按磁力探测测线巡航，在续航能力时间内实现不间断地球磁场探测；磁力探测期间，机载数据采集***接收并记录总场磁力仪采集的包含无人机干扰的地球磁力总场数据和三分量磁力仪采集的无人机姿态数据，根据磁力补偿飞行期间解算获得的无人机磁场干扰参数，对总场磁力采集的地球总场数据进行磁力补偿，去除无人机磁干扰，获得无干扰的地球磁力总场数据；

（5）无人机在完成既定探测任务后返航、降落；在执行任务期间，地面站可以根据需要能够随时命令无人机返回、降落；

（6）完成既定任务，关机；尚未完成既定任务，无人机加注燃油后进行下一航段磁力探测。

本发明的优点是不需要大型有人飞机，降低了航空磁测成本，适合应用于车船不能到达的陆地和滩浅海交界地区磁力探测，具有成本低和安全性高等优势。

附图说明

图1是本发明的***布局示意图。

图2是机载数据采集***结构组成框图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细阐述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以无人机作为航空磁力仪和任务***的飞行运动载体，实现***的遥控或自主走行航空磁力探测。作为搭载无人机航空磁力探测***的无人机飞行平台按其升力动力装置可分为固定翼无人机和旋转翼无人机（无人直升机）二类。

下面以旋转翼无人机为具体实施例来进行详细说明（如图1所示）：

（1）选用无人机平台为山东潍坊天翔航空公司V750无人直升机，无人机续航时间不低于4小时； 

（2）将机载数据采集***与机载GPS定位***安装在机腹内。机载GPS定位***为Novetal OEMV1。

（3）航空磁力仪***中，总场磁力仪为SCINTREX公司生产的CS-3高灵敏度铯光泵磁力仪，三轴矢量磁力仪为Bartington公司生产的Mag629磁通门磁力仪。总场磁力仪与三轴矢量磁力仪以无人直升机中心轴对称方式水平安装在无人直升机中心两侧，空中任务执行***布局示意如图2所示；

（4）为减弱无人机的磁背景干扰，光泵磁力仪与无人机之间、三轴矢量磁力仪与无人机之间均以磁探杆连接；磁探杆具有一定的长度和强度，磁探杆的尺寸设计需要避开无人机的共振频率；

（5）选择渤海莱州湾海滩作为测区；

（6）将补偿飞行测线与磁力探测测线坐标录入无人机机载***；

（7）补偿飞行测线设计为一个正方形闭合框；磁力探测测线28条，测线总长度500km；

（8）设计无人机的飞行高度300m，飞行速度90km/h；

（9）无人机起飞并到达既定高度后，首先进行磁力补偿飞行。在飞行期间完成侧滚、摇摆和俯仰三种规定动作，数据采集处理***实时记录磁力与定位数据，实时解算无人机磁场干扰参数；；

（10）无人机完成后磁力补偿飞行后，开始按磁力探测测线巡航，在续航能力时间可以完成300km的测线任务；磁力探测期间，机载数据采集***接收并记录总场磁力仪采集的包含无人机干扰的地球磁力总场数据和三分量磁力仪采集的无人机姿态数据，根据磁力补偿飞行期间解算获得的无人机磁场干扰参数，对总场磁力采集的地球总场数据进行磁力补偿，去除无人机磁干扰，获得无干扰的地球磁力总场数据。

（11）无人机完成300km的测线任务后，返航、降落；

（12）给无人机补充燃油；

（13）无人机起飞，完成剩余200km测线任务后返航、降落；

（14）无人机航空磁测完成后，将磁测数据下载至计算机，使用专业软件处理。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种基于无人机的航空磁力探测装置，其特征在于包括航空磁力仪***、无人机飞行平台、机载数据采集***、机载GPS定位***；所述航空磁力仪***，包括用于测量地球磁场的总场磁力仪和用于测量无人机姿态三分量磁力仪；所述机载数据采集***包括主控模块、总场磁力仪采集模块、三分量磁力仪采集模块、GPS模块、A/D采集卡、状态显示模块及存储模块；总场磁力仪采集模块为总场磁力仪提供电源、将主控模块的命令发送给总场磁力仪、将总场磁力仪的数据传输给主控模块；三分量磁力仪采集模块为三分量磁力仪提供电源、将主控模块的命令发送给三分量磁力仪、将三分量磁力仪的数据传输给主控模块；GPS模块将GPS的数据传输给主控模块；A/D采集卡对四路模拟量输入进行数字化并传输给主控模块；主控模块对总场磁力仪和三分量磁力仪进行控制，接收总场磁力仪、三分量磁力仪、GPS、四路模拟量输入数据并记录于存储模块；主控模块包含自动磁补偿模块，主控模块同时接收总场磁力仪测得的包含无人机磁场干扰的地球磁力总场数据和三分量磁力仪测得的无人机飞行方向与姿态数据；主控模块所含自动磁补偿模块根据三分量磁力仪测得的无人机飞行方向与姿态数据实时解算，去除总场磁力仪测得的地球磁力总场数据中所包含的包含无人机磁场干扰，将去除干扰后的数据记录于硬盘并实时通过数据输出端口输出；状态显示模块实时显示各种设备状态信息。

2.根据权利要求1所述的航空磁力探测装置，其特征在于所述总场磁力仪为SCINTREX公司生产的CS-3高灵敏度铯光泵磁力仪。

3.根据权利要求1所述的航空磁力探测装置，其特征在于所述三分量磁力仪为Bartington公司生产的Mag629磁通门磁力仪。

4.根据权利要求1所述的航空磁力探测装置，其特征在于所述无人机飞行平台，是旋翼无人直升机或固定翼无人机。

5.根据权利要求1或4所述的航空磁力探测装置，其特征在于所述无人机飞行平台为山东潍坊天翔航空公司V750无人直升机。

6.根据权利要求1所述的航空磁力探测装置，其特征在于所述机载GPS定位***为Novetal OEMV1。

7.一种基于无人机的航空磁力探测方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将补偿飞行测线与磁力探测测线坐标录入无人机机载***；

（2）设置航空磁力仪***的采样率等工作参数，开机工作；数据采集***开机工作；

（3）无人机起飞并到达既定高度后，首先进行磁力补偿飞行，补偿飞行测线为一个正方形闭合框，在飞行期间完成侧滚、摇摆和俯仰三种规定动作，机载数据采集***实时解算无人机磁场干扰参数；

（4）无人机完成后磁力补偿飞行后，开始按磁力探测测线巡航，在续航能力时间内实现不间断地球磁场探测；磁力探测期间，机载数据采集***接收并记录总场磁力仪采集的包含无人机干扰的地球磁力总场数据和三分量磁力仪采集的无人机姿态数据，根据磁力补偿飞行期间解算获得的无人机磁场干扰参数，对总场磁力采集的地球总场数据进行磁力补偿，去除无人机磁干扰，获得无干扰的地球磁力总场数据；

（5）无人机在完成既定探测任务后返航、降落；在执行任务期间，地面站可以根据需要能够随时命令无人机返回、降落；

（6）完成既定任务，关机；尚未完成既定任务，无人机加注燃油后进行下一航段磁力探测。