[发明专利]一种无人机搭载的空中电磁信号观测装置和系统

说明书

本申请提出一种无人机搭载的空中电磁信号观测装置和系统，所述装置包括：相互连接的内框架、外框架和韧性支架，所述外框架的表面设置多个挂接点，用于连接缆绳；所述韧性支架安装于无人机下方，所述韧性支架为多辐伞状结构，各个辐条顶端通过缆绳连接于所述外框架的挂接点；所述外框架为空心闭合结构，所述外框架的管材内部用于安装接收机的各个电子学单元；所述外框架的表面设置一个或者多个电缆接口，所述电缆接口用于连接传感器输出信号电缆；所述内框架用于容纳感应式磁传感器。能够增强传感器飞行中的稳定性，大幅显著抑制运动噪声。

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术领域，具体涉及一种无人机搭载的空中电磁信号观测装置和系统。

背景技术

人工源电磁法利用接地导线或闭合回线作为发射装置对大地进行激励，通过观测大地响应信号，实现对大地电性参数分布信息的提取。传统的电磁法装置布设在地表上，在沙漠、戈壁、山地、湿地、水网密集区域通常难以快速开展工作。为克服地形地貌条件限制，上世纪七十年来以来，先后出现了两种类型的航空电磁观测方法：全航空电磁法(Airborneelectromagnetic method,AEM)与半航空电磁法(Semi-Airborne electromagneticmethod,SAEM)。

AEM将全部探测装备均搭载于飞行平台上，工作效率高，然而其发射功率及天线尺寸等参数受到飞行平台供电与搭载能力的限制，导致其探测深度相对有限。与AEM不同，SAEM方法通常将系统的发射端(发射机+天线)布设于地表，将接收端(接收机+传感器)搭载于飞行平台上。由于发射端的重量与功率等参数原则上可以不受限制，从而能够实现较AEM更大的探测深度；与此同时，观测装置由于搭载于飞行平台上，可以实现对大地响应的运动观测，从而同样可以达到较高的工作效率。

根据应用需求不同，SAEM的接收端通常具有两种设计方案：

1)多场量、多分量复合传感器，能够实现一次飞行获取更多的探测信息，然而这类设计通常也会导致传感器吊舱整体重量较大，必须采用直升机或重型无人机进行搭载，探测成本较高。

2)单场量、单分量传感器，尽管通常只能用于观测Z轴磁场响应，但系统结构相对简单，整体重量较轻，可以使用民用轻小型无人机对系统进行搭载，保有、运营及维护成本非常低。

相较之下，第二种方案对于中小规模用户及经济欠发达地区具有更强的吸引力。

目前，单场量、单分量的主流搭载形式如图1所示。在无人机的底部挂载SAEM接收机；将主缆绳结构一端连接于无人机底部，另一端连接用于挂载SAEM传感器的伞状缆绳结构；采用数据电缆连接SAEM接收机与传感器，实现对观测数据的记录与存储。这种搭载形式结构简单、易于实现，已得到了广泛地应用。

在应用中，发现上述搭载形式存在一定问题，主要如下：

1)单一主缆绳结构导致传感器在飞行中容易在水平面上产生垂直前进方向的往复震荡。这种现象在无人机转弯(进入新测线时)及存在测风时，尤为明显。在实际观测中发现，这类震荡的幅度往往很大，而且持续时间很长，会对导致传感器(线圈)在水平面上的投影面积长时间剧烈变化，从而对观测数据产生严重影响。

2)接收机安装于无人机下方，无人机本身的电磁噪声及机械震动会对接收数据产生显著干扰。同时，采用较长的数据电缆连接接收机与传感器，也将增加外部噪声侵入几率，同时也增加系统重量，最终影响数据质量。

目前的这种设计方式选择较长的主缆绳(一般会超过10米)主要基于以下考虑：将传感器置于距离无人机较远处，从而减少无人机电磁噪声对数据的影响。然而实践证明：一方面，因传感器的摆动而引入的运动噪声远较无人机电磁噪声幅度更强、特征更复杂；另一方面，单纯拉开无人机与传感器的距离，而将接收机安装于无人机下方，并不能完全解决问题，无人机的干扰依然可以通过接收机进入数据。

发明内容