[发明专利]无人机载半航空瞬变电磁和磁法协同采集系统及方法

说明书

本公开提供了一种无人机载半航空瞬变电磁和磁法协同采集系统及方法，包括无人机、瞬变电磁接收线圈、磁法传感器和采集记录器；所述磁法传感器搭载在无人机上且与采集记录器连接，所述电磁接收线圈通过绝缘线与无人机连接；所述瞬变电磁接收线圈至少包括椭圆线圈骨架，椭圆线圈骨架的长轴一端的端部设有线圈头部，长轴另一端的端部设有线圈尾翼，椭圆线圈骨架的短轴的两端或靠近短轴两端的位置对称的设有线圈侧翼；本公开所述的接收线圈采用流线型结构设计，在飞行过程中可有效减小了风力因素的影响，提高了数据采集的质量。

技术领域

本公开涉及地球物理探测技术领域，特别涉及一种无人机载半航空瞬变电磁和磁法协同采集系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

瞬变电磁法是一种广泛应用于资源勘察、地质结构勘察、水文勘察以及地下水勘察等领域的地球物理方法。航空瞬变电磁借助直升机系统将整个瞬变电磁的收发装置置于空中开展探测，具有机动灵活、探测效率高的特点，在西方发展较为成熟。半航空瞬变电磁法是在地面瞬变电磁法和航空瞬变电磁法的基础上发展起来的一种新方法，该方法采用地面发射，采用无人机挂载接收线圈在空中接收信号。其基本过程是：半航空瞬变电磁法在地面布设接地回线源向地下发射一次脉冲电流场，并在空中使用无人机携带接收装置在脉冲间隙测量二次场响应。通过分析和研究二次场的响应特征，从而判断地下介质体的电性特征。半航空瞬变电磁法综合了地面瞬变电磁法大功率发射的优势以及航空瞬变电磁法探测速度快的优点，具有采集数据信噪比高、灵活高效、探测深度大等特点，并且能够适应高海拔山区、沙漠、戈壁、森林覆盖区、岩溶发育区等地质地形条件比较复杂的地区，与传统地面瞬变电磁勘探和航空瞬变电磁勘探方法相比具有更广泛的应用范围。半航空瞬变电磁勘探是一种新兴的移动平台探测方法，可有效提高探测效率，节约人力成本。

半航空瞬变电磁法常采用无人机或其他轻型飞行器携带接收装置进行采集。此处以无人机代称所有的使用飞行器。由于无人机续航时间与载重的矛盾(航空系统使用有人驾驶的直升机，几乎不需要考虑这些因素)，在进行设计时往往会最大可能减少无人机自重与外部载荷，外部荷载通常主要包括接受线圈以及接收机。同时无人机的飞行速度相对较低，造成其下部挂载的接收系统等易受外部因素的干扰(例如：抖动、侧风、惯性等)，因而半航空瞬变电磁接收系统不能按照与航空瞬变电磁系统一样的思路进行设计。

本公开发明人发现，接收系统设计面临的问题主要包括接收线圈设计和接收器设计两部分。在接收线圈设计方面，为避免飞行器的干扰，一般搭载方式多为吊舱式软连接，但这种方式易受外界运动特征干扰，尤其是运动速度没有直升机那么快的情况下更易受干扰，例如风力变化、天气因素、无人机操作员操作不当等原因，接收线圈一直随无人机在空中呈运动状态，会产生风阻、晃动、切割磁力线等导致接收数据存在较大偏差，数据可靠度难以保证；传统接收线圈的电路系统、放大系统、姿态系统等多布设于线圈中心位置，占据接收线圈内部数据采集面积，其系统也容易受干扰，影响数据正常采集；传统姿态传感器仅能采集线圈姿态信息，而实际野外作业中，还需更全面的信息为数据解释提供支撑，例如气压、温度等。在接收器设计方面，现有的接收器体积较大且质量较大，导致无人机在搭载接收机时所承受的外部荷载过大，无法保证无人机的飞行速度，且会降低无人机续航时间，数据采集效率低且存在安全隐患；长时间搭载过重荷载易造成无人机硬件损耗，增加维护费用，降低无人机使用寿命；传统瞬变电磁接收机不易于携带，在进行数据采集时，接收机在无人机下方，数据传输存在一定困难，再加上有时存在大山阻挡信号，无法实现对采集数据的有效质量控制。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种无人机载半航空瞬变电磁和磁法协同采集系统及方法，接收线圈采用流线型结构设计，在飞行过程中可有效减小风力因素的影响，提高了数据采集的质量；同时整个接收装置内置于鱼形线圈骨架之上的壳体以及线圈尾翼的腔体，未曾占据接收线圈内部数据采集面积，不会对接收线圈的数据采集造成影响，进一步的提高了数据采集的质量。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：