[发明专利]基于多旋翼无人直升机的高精度航磁测量系统

说明书

本发明提供了一种基于多旋翼无人直升机的高精度航磁测量系统。该系统包括：多旋翼无人直升机、电磁干扰屏蔽板、光泵磁力仪、云台、定位系统、数据采集存储系统，其中，电磁干扰屏蔽板挂载在多旋翼无人直升机的机体的下方，其下方固接有云台，云台内部安装光泵磁力仪的磁传感器，定位系统固定在云台的底部外侧，定位系统包括：I MU惯性定位和RTK(Rea l‑t ime k i nemat i c,RTK)实时差分定位系统，数据采集存储系统安装在机体的一侧，并且同时与定位系统与光泵磁力仪连接。本发明提供的基于多旋翼无人直升机的高精度航磁测量系统能够解决地面磁测受地形及其它客观条件限制造成效率低下、容易受无人机产生的电磁信号干扰，以及固定翼无人机磁测无法进行低速低空飞行等问题。

技术领域

本发明涉及航空磁测技术领域，特别是涉及一种基于多旋翼无人直升机的高精度航磁测量系统。

背景技术

磁法测量广泛应用于金属矿产勘查和石油勘探中，目前磁法测量中常用的仪器主要有光泵磁力仪、质子旋进磁力仪和光泵磁力仪，其中Overhauser质子磁力仪和光泵磁力仪由于具有较高的分辨率和测量精度而广泛应用于航空磁测中，多用于有人机和固定翼无人机磁法测量中，适合进行大面积、长时间作业。

无人机航磁测量具有部署便捷、应用成本低、智能化、高效率、高精度等特点，目前已经成为了航空物探测量技术的一种重要手段。在无人机航磁测量系统中，多利用中小型固定翼无人机搭载磁测仪器进行数据采集，中小型固定翼无人机可弹射起飞以及通过伞降和撞网的方式进行降落，有效降低了其起降难度。但由于固定翼无人机巡航速度较快，采样间距大，数据分辨率较低，同时飞行高度较大，不适合在范围较小、地形复杂、起伏较大的地区飞行。而多旋翼无人直升机可实现定点起飞降落，对起降场地无要求，同时其可以贴地飞行，或者以固定的离地高度进行地形匹配飞行，并且其巡航速度可根据数据分辨率的需要在最大速度范围内进行合理调整，以获得理想的磁测数据，还可进行全自主或半自主飞行，在飞行过程可根据任务需要临时改变已设定的航点规划。

根据多旋翼无人直升机的特点，选择光泵磁力仪作为搭载仪器，光泵磁力仪重量小，功耗低，对电源要求少，其采样率相对较低的问题可通过适当降低无人机飞行速度解决。因此，利用多旋翼无人直升机搭载光泵磁力仪非常适合进行小范围、低空航磁测量，在诸如矿区详查、考古、寻找埋藏较浅的未爆炸物等实际问题中发挥重要作用。

当前航空磁法测量的热点是利用中小型固定翼无人机搭载磁测仪器进行数据采集，中小型固定翼无人机可弹射起飞以及通过伞降和撞网的方式进行降落，有效降低了起降难度。2013年，基于无人机航磁测量技术的发展前景，中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所突破了无人机系统集成、磁补偿等关键技术难题，成功将航磁仪搭载于CH-3无人机平台上，集成了我国首套国产中型无人机航磁测量系统。并在黑龙江多宝山、新疆克拉玛依、喀什以及滩涂等不同地形地区，开展了多种类型的地质调查应用示范工作，取得了良好的地质效果(李军峰等,2014；李飞等,2018；西永在等,2021)。

多旋翼无人机搭载磁传感器进行航磁观测随着无人机小型化及续航优化有了明显的技术进步，适用于中小面积大比例尺航磁详查工作，可作为大型有人机航磁测量和地面磁法测量的补充。成都理工大学利用旋翼无人机搭载三轴光泵传感器，设计出一款操作简单、设备轻便的航磁测量系统，在峡谷、沟壑等地的飞行测量试验证明该系统具有开展大比例尺航磁测量的能力(李志鹏等,2018)。浙江大年科技自主研发了多旋翼无人机航磁测量平台(MAG-DN20G4)，实际应用效果达到了国内领先水平。该测量平台包括旋翼无人机飞行平台、三轴光泵测量仪，毫米波雷达高度计三部分组成(乔中坤等,2020)。北京桔灯公司完成了UFO系列航空磁测系统的研发与集成，主要应用在包括低空，海洋，陆地等环境下的无人驾驶平台上，包括UFO-F光泵系统，UFO-CS铯光泵系统，UFO-CS+铷光泵系统三大型号(参考自桔灯勘探官方网站)。加泰科公司将大疆六旋翼无人机M600Pro作为搭载平台，集成了铷光泵磁力仪、激光高度计，研发出GTK-RM600多旋翼无人机光泵航磁系统(参考自加泰科公司官方网站)。