CN102792190A - 用于移动平台上的传感器的稳定系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于以降低的运动噪声来采集场数据（特别是磁场数据）的稳定的场传感器设备。该设备包括：泪滴状壳体；在壳体中的牵引架；环绕该架间隔开的多个振动隔离阻尼器；安装至阻尼器的基座组件；支承支座，其具有上自由端和固定至基座组件的底部；连接至支座的上自由端的单球面空气轴承；仪器平台，仪器平台具有下中空漏斗，该下中空漏斗具有被支撑在空气轴承上的用于单点支撑的上内部顶点；用于保持枢转和旋转稳定性的主和次陀螺仪稳定器；以及至少一个场传感器，其安装至仪器平台，用于采集场数据并同时针对运动噪声保持稳定，所述运动噪声包括来自基座组件、来自牵引架以及来自壳体的振动、枢转和旋转。

Description

用于移动平台上的传感器的稳定系统

技术领域

本发明总体上涉及传感器支撑的领域，特别地涉及一种新的有用的磁强计稳定装置，该磁强计稳定装置有助于不受运动噪声影响地连续采集宽带矢量磁场数据，该磁场数据包括在1Hz至25Hz的带宽内的特有低频磁测量值。本发明对于使用来自空运、陆运和水运交通工具的主动或被动电磁技术来进行矿产资源勘查尤其有用。

背景技术

本发明解决的问题是：通过安装在由飞行器（通常称为吊舱（bird）、无人驾驶飞行器或探空仪）拖动的可运输壳体中的传感器或安装在陆地或水上（水中）交通工具上的传感器来对在1Hz至10kHz以上的频率的范围内的时变磁场进行连续矢量测量。所关注的磁场是由以这些频率流过大地的电流引起的电磁感应（EMI）生成的。此处，它们通过来自发射机和天线（受控源系统）“主”磁信号感应出来或者通过自然时变地磁场感应出来，该自然时变地磁场产生于地球的电离层（被动或自然场系统）中或反射自地球的电离层。与地球所拥有的稳定地磁场相比，这些感应场是极弱的。在静止的平台上，弱时变分量很容易从强地磁场中区分出来，但是在移动的平台上，矢量传感器在稳定场中的旋转运动将会造成传感器输出的变化，而该变化不能从由电磁感应产生的时变场中区分出来。传感器输出中的由旋转引起的部分通常被称为“运动噪声”，尽管如此，严格地说，它是旋转而不是传感器的引起它的线性加速度。

在地球物理勘探中，已经采用了各种各样的装置，这些装置采用EMI来检测地球中的具有增强的电导率的区域（“导体”），并且通过观察到的磁场来表征地球中的电导率的时变特性（“极化性”）。这样的EMI测量通常用于诊断：矿物和石油储藏；在地面、含水层和污染羽流（plume）中的岩性变化和结构变化；以及人造对象，如围栏、管道、军械和财宝。大多数EMI地球物理系统的共同属性是需要测量弱的、时变磁场，并且许多采用一组三个传感器，每个传感器对不同方向（通常正交）的场分量敏感，以重建完整的时变磁场矢量。

本发明被设计来用于克服的问题发生于所有以下情况：磁场传感器被固定到移动通过像地球的场的静态或低频场的壳体中。尽管线性加速度不是问题，但传感器的旋转加速度产生了时变信号，该时变信号区是在传感器以固定方向被保持的情况下将会获得的时变信号之外的时变信号。尽管本发明意在被部署到通过飞行器拖动的壳体中，但它可以用于通过任何移动的交通工具获取矢量分量磁场数据的所有情况，这是因为静态背景场始终存在。这样的交通工具包括太空船、吊舱、地面和地下交通工具、海洋和海底交通工具、或者由这样的交通工具拖动的或附接到这样的交通工具的任何被动或主动无人驾驶飞行器或平台。本发明还适用于在如下固定位置处的磁场传感器：在通过例如振动的作用而引入旋转运动的固定位置或在移动部件（例如一台机器）上测量磁场的固定位置。

许多传感器技术可用于对磁场进行灵敏的连续测量。最适于在EMI测量系统中使用的是矢量传感器，矢量传感器记录磁场在指定的频率范围上的空间分量，可能（或不）包括像地球的地磁场那样的长期稳定磁场分量。接下来，我们针对任何这些传感器类型采用术语“磁强计”或“传感器”，尽管会存在如下事实：该术语有时应用为只表示适于测量基本稳定磁场的仪器，以及用于感测时变场的磁强计通常使用线圈中的电磁感应并因此有时会被简称为磁强计。

在文中构思的本发明中，传感器系统的壳体通常被沿着行进路线拖在飞行器的后方或下方。在现有技术中的以此方式牵引的设备中，传感器被支撑在其壳体的被动阻尼悬挂物上。在这些悬挂物中的阻尼力和回复力具有降低旋转噪声并同时大致保持传感器相对于壳体的方位的竞争角色，并且这些悬挂物的调谐表示了两个角色之间的折衷。在远低于25Hz的频率处，这样的悬挂物没有提供足够的旋转隔离来允许有用的EMI测量。因此，使用现有系统来使操作频率显著低于25Hz的尝试导致了不可接受的噪声水平。

如随后将在该公开内容中解释的，本发明使用了相当传统的外振动隔离系统来降低线性和旋转加速度，但在其中添加了用于基本上没有阻尼力或回复力的旋转隔离的内部系统，以产生新的、有利的且意想不到的超越现有技术的优点。

存在用于协助各种类型的旋转稳定仪器平台的多种方法，包括主动和被动陀螺仪法、低摩擦、高平衡万向节以及球面轴承。在机载地球物理学中，陀螺仪稳定平台已经用于测量机载重力和重力梯度，并且针对这些技术，存在独立的专利。然而，这些系统侧重于消除线性加速度，而不是消除旋转加速度。对于EMI测量，在旋转加速度上存在更多问题。内部隔离系统侧重于通过结合三个独立技术来消除这些问题，即，无阻尼单点悬挂、动态平衡和惯性陀螺仪稳定。

方位稳定性的问题是电影产业共有的问题，在电影产业中，安装在移动平台上的相机可能会受到不想要的、会致使图像不可用的旋转。本发明借用了在该产业中发展的基本陀螺仪稳定技术。然而，电影产业中所使用的稳定方法不够精确，并且对于我们的目的也存在问题。

因此，这些技术主要以两种方式进行细化。首先，通过设计用于平衡所承载的组件的固定件和装置来使稳定更精确，以来获得用于有用的EMI测量的必要噪声水平。其次，采用额外的磁屏蔽技术来最小化电磁噪声电影稳定设备对超灵敏磁传感器的影响。

此外，还存在众所周知的线性运动隔离技术，包括浮选、空气轴承、高空悬挂、弹簧和减震器的组合以及用于有效信号补偿的方案。线性运动隔离还可以通过减少在平台上的、由这些线性加速度施加至不完善平衡仪器平台所引起的转矩来提高旋转稳定性。同样，通过平台平衡的改进来进一步增强旋转稳定性。

此处构思的本发明与现有装置的不同之处在于至少三个方面，它们随后在本公开内容中将变得明显。首先，在它的旋转隔离方案中，它省去现有系统中使用的回复力和阻尼。相反，传感器被紧固至允许在单球面空气轴承上自由浮动的刚性仪器平台。因此，组件围绕精确的旋转中心在任何方向上是自由旋转的，并且能够保持它相对于地球的静态背景地磁场的方位，即便平台的壳体在它的下方转动也如此。这种方法认为：保持仪器封装相对于壳体的方向是不重要的，只要提供可以将悬挂保持在它的机械操作范围内即可。独立的AHRS（姿态航向基准系统）系统是在商业上可获得的，并且被用于本发明中来跟踪传感器相对于壳体以及相对于地理参照系的方位。在现有运动隔离系统中没有固有的阻尼摩擦和回复力的情况下，本发明能够极大地改善由壳体的旋转不稳定性引起的低频噪声。

此处构思的本发明的不同于现有装置的第二方面为：它通过结合使仪器平台的质心精确地保持在其旋转中心的动态平衡系统来处理仪器平台的动态失衡问题。该系统是一种新型设计，其使用以固定频率振动的主动构件来评估由每个传感器中的每个振动器的动作引起的旋转噪声的水平。它使用该信息来调节在反馈回路中的平衡质量，以实现最小噪声。

本发明的不同于现有装置的第三方面在于：它允许通过添加若干陀螺仪稳定器（借用自电影产业）来加入对旋转的额外抗拒并同时处理在极靠近敏感EMI传感器处使用这样的电磁噪声装置的问题。

存在用于常规测量来自飞行器的电磁感应的产业。该产业提供有大量商业受控源系统，包括根据固定翼飞行器进行操作的Geotem、Spectrem和Tempest系统以及拖在直升机下方的Heli-Geotem、VTEM（参见授予Morrison等人的美国专利7,157,914）、Aerotem、THEM、Skytem和Dighem型系统。这些全部或多或少遭受旋转噪声问题，并且全部采用使用一种形式或另一种形式的回复力和阻尼器的某种形式的被动传感器旋转控制。它们中没有一个使用陀螺仪稳定法。它们中没有一个以低于25Hz的频率工作，这是因为运动感应噪声太高。

被动（自然场）机载电磁测量在低频率下遭受与受控源系统相同的对运动感应噪声的易感性。它们首先由Ward使用AFMAG系统（Geophysics，Vol.XXIV，No.4（1959年十月），pp.761-789）做出。最近，使用根据Geotech在30-6000Hz频带中工作的ZTEM系统进行了被动测量。参见“Field Tests of Geotech's Airborne AFMAG EM System”Lo等人，AESC Conference，Melbourne，Australia，2006。VLF-EM是对于机载勘察常见的被动EM系统。VLF-EM工作在10kHz以上。在VLF带中，运动噪声并不重要，这是因为飞行器的方位在这些频率处是稳定的。

授予Barringer的美国专利6,765,383（2002）描述了一种使用吊舱在3至480Hz的范围内操作的机载大地磁场勘测系统。没什么地球物理学家认为Barringer的系统可以工作。这该系统中，使用总场磁强计和3个正交轴感应线圈来测量磁场。使用灵敏度有限的标准商业角运动传感器来记录吊舱运动和补偿信号在线圈方位上的角度变化。然而，吊舱的运动并没有与线圈的运动分离。同属于Barringer的美国专利7,002,349（2006）描述了类似的翼尖系统。

授予Zandee的美国专利4,629,990（1986）描述了使用低频率（在30Hz以下）EM场来修正发射机和接收机在受控源机载系统中的相对位置，但使得使用低频数据来测量地球中的感应电流引起的电磁散射的可能性打折。

非电磁机载物理测量由惯性稳定平台进行。Sander Geophysics的Airgrav机载重力系统根据3轴舒勒调谐惯性稳定平台来测量重力。授予Van Leeuwen等人的美国专利6,883,372公开了一种类似于澳大利亚墨尔本的BHP Billiton Innovation专营有限公司的重力梯度仪的技术。其他机载重力/重力梯度仪系统由Bell Geospace、Arkex和New ResolutionGeophysics经营。在授予Van Kann等人的美国专利5,804,722和5,668,315中描述了由RTZ开发的重力梯度仪。

在不同的应用中，授予Abernathy的美国专利7,298,869描述了一种陀螺仪稳定机载多谱地球成像系统。

授予Van Steenwyk等人的美国专利6,816,788（2003）描述了一种在钻孔旋转环境中使用的惯性稳定磁强计测量设备。在该专利中，在钻孔中进行磁场和重力分量测量。磁传感器测量与孔的轴正交的磁场分量，并且使用陀螺仪来感测围绕钻孔轴的惯性角运动。陀螺仪的目的是提供测量角旋转数据的惯性参考。该惯性参考用于修正针对探头旋转的测量，或者用于提供参考来控制引起传感器保持稳定的方位的旋转驱动机构。类似的专利，授予Van Steenwyk等人的美国专利6,651,496，描述了使用陀螺仪来获得探针在钻孔中的旋转信息，以使得可以使用旋转信息来修正传感器的方位。在这两种情况下，只测量了地球的静态磁场，并没有测量由流过大地的时变电流引起的磁场。

授予Turner等人的、转让给澳大利亚的Broken Hill专营有限公司的美国专利6,369,573（BHP-2002）公开了一种在电磁矿产勘查中使用的、采用了用于降低传感器旋转的方法的吊舱。该专利的目的是类似于当前的努力，但是该方法使用了采用回复力（弹簧）和阻尼器（流体）的被动隔离方法。该BHP装置包括两个嵌套的球壳。液体被容纳在内壳和外壳之间，并且球体具有开口，支撑绳通过该开口伸出以将定心孔锁定到球体中。绳的一端连接至在支撑球体内的定心孔而另一端连接至弹簧。弹簧包括阻尼器以阻尼弹簧的运动。在内壳和外壳之间的容纳液体的腔中布置有挡板，以阻尼液体的运动。

授予Henderson等人的美国专利5,117,695（1995）使用了关于阻尼的相关概念，并描述了一种采用被设计成使用阻尼流体来保护单轴仪器的组件来使振荡衰减的方法。

其他近期的电磁勘查专利授予了Dupius等人（参见美国专利7,375,529），其使用多芯来增加由磁强计采集的磁通量。

Jackson在美国专利7,397,417（2008）中描述了一种发明，即一种使用在65kHz-12kHz范围内的磁阻传感器的被动地球物理勘查设备。

Klinkert的美国专利6,244,534描述了一种机载勘查系统，其使用具有操纵姿态控制面的流线型吊舱来收容发射机。吊舱的俯仰可以通过多条牵引线缆来控制，接收机可以在同一吊舱中或在单独的吊舱中。吊舱可选地具有电机和单独的螺旋桨。

Whitton等人的公开的专利申请US 2003/0169045描述了一种用于通过使用刚性发射机回路和单独的刚性屈曲和接收机线圈组件来及时测量机载EM测量值的方法。他们的发明采用被动阻尼。

存在许多针对自包含陀螺仪稳定器的专利。文中描述的实施方式中所使用的装置由Kenyon实验室制造并且以授予Theodore Kenyon的1957年美国专利2,811,042中描述的原理进行工作。

发明内容

本发明包括：四个主要的机械系统；涉及气动、机械、电子和计算装置的多个辅助系统；以及用于优化性能的多种算法。

机械系统：

本发明采用四个嵌套并耦接的机械系统。系统中的每个系统都有关于机械隔离的不同功能。这些系统中的最内层系统是支承传感器和数据获取系统的旋转稳定仪器平台。最外层系统是形状呈大致泪滴状的壳体。它的功能是保护内层系统与大气元素隔开，以及提供针对拖动来说将1Hz以上呈现最小化湍流感应振动的形状。壳体将可能采用诸如翅片的控制表面，以修调其飞行特性，然而，这些都不是本发明的功能和新颖性的核心，并且已从附图中省略。

壳体耦合至牵引架。牵引架承载最内层的两个系统，并且牵引架通过水平的旋转轴耦接至壳体，当在飞行期间壳体的攻角发生变化时，该水平旋转轴允许牵引架保持其俯仰角。牵引架的基本结构部件是大致水平的圆环，该圆环通过一组振动隔离阻尼器来支撑所有的内部系统。阻尼器显著地降低从空气动力学湍流和从牵引线缆的张力的变化传递到内部系统的振动。

牵引架内部是通过振动阻尼器附接到牵引架的基座组件（篮筐状结构）。基座组件的目的是为单枢轴点空气轴承从下方提供支撑，其中单枢轴点空气轴承在合并的两个内层系统的质心所位于的位置处支撑仪器平台。

在最内层的结构是具有倒置漏斗状式的仪器平台。它通过在附接到位于基座组件的支座的顶部的单个球面空气轴承耦接至支座组件。该轴承是基本上无摩擦的。在通过平台的高惯性力矩和在围绕轴承的旋转点的全部三个方向上的几乎完美的平衡的帮助下，它提供了在基座组件与仪器平台之间的相当高水平的旋转解耦。它在环绕支撑柱的滚动和俯仰方向具有大约25度的自由角进程，并且在偏转上完全自由。它可以完全自由地漂浮，就像没有动力、空气或其他机械将它联接到外部一样。

辅助系统：

气动-在基座组件上的主空气轴承以及多个致动装置基于每平方英寸80-100磅的压力的压缩空气进行操作。用于这些系统的馈送装置为空气管路，其未在任何附图中示出。空气管路起始于牵引交通工具处或下方，并且它通过也用作牵引线缆的吊点（pickup point）的旋转轴中的一个旋转轴进入壳体。空气管路将从牵引架传导至基座组件，以允许足够的松弛，从而适应由振动阻尼器引起的任何相对运动。

陀螺仪稳定器-本发明包括位于仪器平台上的三个陀螺仪稳定器。每个陀螺仪稳定器被封装有它本身的电池组和在磁屏蔽体内的逆变器。

数据获取系统-本发明包括位于仪器平台上的4通道数据获取系统。该系统接受来自三个矢量分量磁强计的模拟输入以及来自GPS的PPS（脉冲/秒）信号，并将这些信号发送至位于牵引平台上的无线路由器。数据链路将沿LAN线缆从牵引平台到达牵引交通工具。

嵌入式计算机-本发明包括位于仪器平台上的嵌入式计算机。它具有双重作用：控制平衡质量的位置和将数据从AHRS装置无线地发送至位于牵引架上的无线路由器。

动态平衡系统：

本发明包括动态平衡系统，该动态平衡系统包括：

a）三个线性振动器，三个线性振动器正交定向，并位于基座组件上且位于空气轴承的正下方。

b）三个线性致动器，三个线性驱动器彼此正交定向，并位于仪器平台上；以及

c）嵌入式计算机，嵌入式计算机用于控制平衡质量的位置、从结合有磁通门磁强计的AHRS装置获取数据、以及使用牵引架上的无线路由器通过无线链路来与牵引交通工具中的PC通信。

平衡系统通过在三个振动方向中的每个方向上提供三个固定频率的人工振动来进行工作。如果仪器平台并非完美地平衡，则来自主传感器的磁性数据将检测到这些振动的动作。非线性优化算法将会在牵引交通工具中的PC上运行，并且它将命令发送给嵌入式计算机，以优化仪器平台的质量平衡。该算法提供维持平衡的略微偏置，以保持平台在大致竖直方向上的姿态，从而阻止它到达它的滚动和俯仰界限。

以附加到本公开内容中并形成本公开内容的一部分的权利要求中的特征来指出表征本发明的各种新颖特征。为了更好地理解本发明以及通过它的使用而获得的操作优点和具体目的，参照了附图和示出本发明的优选实施方式的描述。

附图说明

在附图中：

图1A是根据本发明的优选实施方式的稳定系统的横截面图；

图1B是图1A的稳定系统的立体图，其中稳定系统的壳体是透明的，以使得在下面的结构是可见的；

图1C是根据图1A中示出的本发明的优选实施方式的牵引架的立体图；

图2A是图1A中示出的实施方式的基座组件的顶部立体图；

图2B是图2A的基座组件的底部立体图，其示出了基座组件的基座板的底部；

图2C是图2A和图2B中的支撑支座的内部的示意图，其示出了振动气动三轴执行器；压缩空气或气体的源未示出；

图3A是图1A的实施方式中的仪器平台的立体图；

图3B是示出了仪器平台的活动部分的立体图，其中平台结构被去除，以示出本发明的主场传感器和叠置的仪器模块的相对位置；

图3C是仪器平台的杆部的局部立体图，其示出了本发明的两个次陀螺仪稳定器模块的位置；

图3D是平台的侧视图；

图3E是在图3D中的圆圈3E处的放大细部；

图4A是仪器平台的杆部的立体图，其中该杆部容纳叠置的仪器模块，叠置的仪器模块包括主陀螺仪稳定器；

图4B是叠置的仪器模块的立体图，其示出了散热翅片、散热板和高导磁合金屏蔽罩；

图4C是叠置的仪器模块的立体图，其中去除了散热翅片和散热板，并且示出了分解的高导磁合金屏蔽罩；

图5A是本发明的动态平衡系统的示意图；

图5B和图5C分别示出了由相互正交的气动施加的支座振动的频谱强度和来自安装在仪器平台上的三个磁强计的信号的所得到的频谱强度；

图6A是球面空气轴承的支撑半球的顶视图；

图6B是球面空气轴承的截面侧视图；以及

图6C是球面空气轴承组件的分解立体图。

具体实施方式

本发明的主要效用

本发明是一种新的机载吊舱，其包括若干个部件系统。与其内部系统一起，当它正被直升机或其他飞行器牵引时，吊舱在宽的频率范围上（特别地包括从1Hz至25Hz的低频段）测量三分量磁场数据。本发明的主要应用是在地理物理探测中检测地球中的具有增强的电导率的地带（“导体”），并通过观测到的磁场来表征地球中的电导率的时变性质（“极化”）。这些时变磁场通常用于诊断：矿产和石油储藏；在地面、含水层和污染羽流中的岩性变化和结构变化；以及人工地物，如围栏、管道、军械和财宝。

本发明是允许用户通过在低于10Hz频率下以足够低的噪声进行操作来利用用于探测目的的在环境地磁场信号中的显著舒曼共振的第一台装置。它还将在穿透导电覆盖层的和辨别高传导性矿产储藏方面提供超越其他机载系统的显著优点。该设计也被认为是朝向实现能够对感应的极化异常进行常规检测的机载EM系统的基石。

本发明的设备通常被沿着行进路线拖在用于使用被动和/或受控源EMI系统进行机载低频磁勘探的飞行器的后方或下方。然而，如本文所述，它只是接收机，并不包括关于发射机或天线的描述。然而，所描述的接收机系统可以适于作为被单个飞行器牵引的受控源系统中的接收机来工作，其可以以串联飞行器配置进行使用：在该串联飞行器配置中，一个飞行器牵引发射机而第二飞行器牵引接收机，或者其可以以使用位于地面上的固定发射机的配置进行使用。

此外，本发明的设备也可以安装在各种移动平台上或平台中。例如，它可以用在航天器、飞行器、基于地面的车辆或地下车辆、船、艇、筏、驳船、浮筒或潜水上，或者用在潜水用交通工具中。

本发明的设备结合了用于仪器平台的旋转隔离的多种不同策略，并且该装置可以用于多种电磁感应任务。然而，并非所有这些任务在旋转隔离方面要求同一精度。因此例如，它可以转变成只使用空气轴承（即不使用陀螺仪也不使用动态平衡系统）就足以允许从沿着系统牵引的发射机采集磁数据，这是因为在这种情况下搜寻到的信号足够大，然而，采集可行的天然场数据（没有发射机）可能会需要进行平衡以及陀螺仪进行工作。

尽管装置提供了用于特有的低频磁测量的磁强计的稳定性，但是它还适用于使其他装置抵抗旋转运动进行稳定，例如重量、光接收（相机/望远镜）、激光指向。此外，如果用于使电磁发射机稳定，该装置将防止发射的信号被发射平台的姿态变化所调制。

物理描述：

参照附图，其中类似的附图标记用于指示相同或相似的元件，图1A和图1B示出了用于机载或其他车载磁强计和其他移动平台的稳定系统10的优选实施方式。如图1A至图1C所示，本发明的整个“吊舱”或探空仪10用于以降低的运动噪声来采集电磁感应（EMI）数据。该设备包括空气动力装置，例如：泪滴状壳体20，泪滴状壳体20具有球根（优选地为球面前端部分）、尖的后端、第一前后向水平轴22和第二横向水平轴24，该左右向水平轴24优选地在壳体20的中心水平轴线之上，以使得壳体20的总重量及其容纳物中更多的部分低于轴线24，而不是高于轴线24。壳体20的球根端中设置有牵引架30。牵引架30具有基座环32和两个交叉弧形体，例如环形条34a、34b，每个环形条两端以等间隔的位置连接至基座环32并环绕基座环32。

如图1A和图1B所示的，位于壳体20的第二水平轴线24上的两个水平轴36a、36b从条34a之一的相对端突出，这些轴从基座环32的相反侧突出，并贯穿壳体20的球根部分的两侧，以借助于线缆和两个吊点（未示出）将设备附接到交通工具，例如直升机。轴36a和36b枢转地连接到壳体20，架30具有允许架30在壳体20内环绕第二水平轴线24进行自由的相对旋转的尺寸和形状。以此方式，当设备10被机载交通工具通过它的轴36a和36b提起时，壳体20将趋向于使其尖端向下枢转，但不会向内部系统施加转矩，这可以保持它们的大致竖直定向。由于交通工具开始向前移动，在壳体20周围的气流将趋向于提起尖端，直至它变成壳体20的尾端为止。已经发现：具有向前的球根端的泪滴状壳体20具有用于最大内部体积的最佳空气动力学形状，并且出于该原因被选择为壳体形状，但是仍可以使用其他空气动力学形状。

如图1A和图1B所示，两对振动隔离阻尼器40各自连接到条34a和34b之一，并且环绕牵引架30间隔开，每对阻尼器有效地用于减弱牵引架30的水平和竖直振动。基座组件50安装至振动隔离阻尼器40并至少部分地位于牵引架30中以及全部位于壳体20的球根部中，以用于当牵引架30环绕壳体20的第二水平轴线24枢转时基座组件50在壳体20中自由运动。壳体20和架30的竖直和水平振动由此在到达基座组件50之前被阻尼器40所减弱。

如图2A和图2B所示，支撑支座54具有在基座组件50的底部附近固定到基座组件50的底端，支撑支座54在基座组件50中向上延伸并进入牵引架30，并具有位于牵引架30的中心的上自由端。将随后参照图6A至图6C详细公开的单球面空气轴承55连接至支座54的上自由端。在如图2C所示的支座54中容纳有包括彼此以合适的角度定向（即在相应的X、Y和Z方向上）的三个图2C中的线性气动振动器V或图5A中的V1、V2和V3的模块。如图1A和图3A所示，具有下中空锥体部72的仪器平台70被接合至并支撑在球面空气轴承55上，其中下中空锥体部72具有上内部顶点。仪器平台70还具有从锥体部72向上延伸的上杆71，该上杆71延伸到顶点之上并进入牵引架30。仪器平台的中心轴线75延伸穿过椎体部72和杆71。空气轴承55提供仪器平台轴线75方向的几乎无摩擦旋转（称为“枢轴旋转”或“滚动和俯仰”）以及平台绕它本身的轴线75的旋转（被称为“旋转”或“偏转”）。

主陀螺仪稳定器91安装在仪器平台70的杆71内，如图4A所示。主陀螺仪稳定器91定位在中心轴线75上，用于保持对轴线75的固定绝对定向，而不管壳体20的定向变化，至少在仪器平台70的枢转范围（优选地为大约20度，并且在大约10到30度的范围内）内。俯仰范围由锥体部71的角度支配，并且必须被基座组件50的形状和尺寸适应，这将在随后说明。

注意，为了最好的结果，优选地使用陀螺仪稳定器，但是本发明也可以不需要它们来进行操作。

如图3A和3C所示，至少一个但优选地为两个的重量平衡的次陀螺仪稳定器78也安装至仪器平台70，其位于仪器平台70的相反侧上的与中心轴线75径向间隔开的位置，以保持相应稳定轴的固定绝对定向各自与轴线75正交。

如图3A和图3B所示，在仪器平台70上安装有至少一个但是优选地为三个的等间隔并倾斜的磁场传感器79，以用于采集场数据并同时针对来自基座组件50的旋转、来自牵引架60以及来自壳体20的旋转保持稳定。

再次参照图2A、图2B和图1B，基座50包括：环形或多边形悬挂环51，该环形或多边形悬挂环51连接至四对振动隔离阻尼器40；环形或多边形基座板53，该环形或多边形基座板53间隔在悬挂环51的下方并具有多个周向间隔的径向延伸槽60；多个基座肋条52，多个基座肋条52连接在悬挂环51与基座板53之间并且环绕基座板和旋转环间隔开。每个基座肋条52具有下径朝外延伸弧形部52a和朝内倾斜部52b，其中下径朝外延伸弧形部52a在它的底端附近延伸通过基座板53中的槽60中的一个槽，朝内倾斜部52b连接在悬挂环51与每个相应的基座肋条52的弧形部56a之间。肋条52的倾斜部52b的角度以及弧形部56a的曲率各自选择成允许仪器平台70在基座组件50的容许运动范围内围绕仪器平台70的轴线75自由地枢转和旋转。

多个下竿状对角撑条56a各自连接在一个基座肋条52的下端与环绕基座组件50的相邻基座肋条52的中间位置之间，例如在倾斜部52b与每个肋条52的弧形部56a的接合点附近。多个上竿状对角撑条56b各自也连接在每个基座肋条52的上端与在相邻基座肋条52上的中间位置之间。这些对角撑条增加了基座组件50的扭转刚性。支撑支座54具有在基座板53上方的上部和在基座板53下方的下部，每个基座肋条52的下端连接至支撑支座54的位于基座板53下方的下部。在每个基座肋条52的位于基座板53下方的部分的相反侧的一对加强板61进一步强化在该区域的肋条52，并且悬挂环51、肋条52、基座板53、强化板61以及对角撑条56a和56b各自优选地由高强度、轻重量和非磁性特性的碳纤维夹心复合物（sandwich cored carbon fiber composite）制成。

仪器平台70的杆部71和锥体部72各自包括一体化夹心碳复合材料，并且如图3A、图3B和图4A所最佳示出的，杆部71容纳多个叠置的仪器模块77，叠置的仪器模块77包括主陀螺仪稳定器91、数据获取系统90以及功率模块98，功率模块98包括逆变器和电池100a。仪器平台70还包括多个周向间隔的竖直加固平台肋条74和多个水平加强凸缘73，其中肋条74沿着锥体部72和杆71延伸。多个加强凸缘环绕仪器平台70延伸并且具有用于容纳平台肋条74的槽。凸缘73作用为外侧平台，并且其中一个凸缘73支撑一对重量平衡的次陀螺仪稳定器78，陀螺仪稳定器78安装在位于杆71的相反侧上的高导磁合金屏蔽罩中。

该设备优选地具有三个场传感器79，三个场传感器79中的每一个包括用于采集磁场数据的磁强计，磁场数据包括在1Hz至25Hz带宽中的低频磁测量值，三个磁强计79在靠近锥体部72的下边缘处以等间距的位置安装在锥体部72周围。每个磁强计79刚性地安装至锥体部72，并且包括具有在轴线75的方向沿锥体部72的表面延伸的纵轴的矢量分量以及与轴线75呈径向的矢量分量。然而，当使用沿基本上彼此不同的方向定位的任何三个传感器时，设备也将工作。

返回图1A，振动隔离阻尼器40各自包括竖直阻尼器42和水平阻尼器44，其中，竖直阻尼器42从架30的弧形条34a、34b悬挂至基座组件50，而水平阻尼器44将基座组件50横向地连接至架30的基座环32。在该实施方式中，它们被示出为合并了膜盒（bellow）、弹簧和阻尼器的机械装置，但是其他布置也是可以的，包括使用由粘弹性聚合物制成的单元件阻尼器或橡皮带装置。基座组件50的基座肋条52被设定尺寸或设定角度，以适应仪器平台70在球面空气轴承55上的10至30度的滚动和俯仰范围。

两个高导磁合金屏蔽罩99各自容纳次陀螺仪稳定器78、逆变器100和电池101，并且被安装到仪器平台70上。平台70还结合了如图3D、图3E和图5A所示的动态平衡系统80的致动器（A1、A2和A3）。

现在参照图1A和图1B，本发明由上述介绍的五个主要部件构成，即壳体20、牵引架（“架”）30、振动隔离阻尼器（“阻尼器”）40、基座组件（“基座”）50和旋转稳定仪器平台（“平台”）70。

如所指出的，图1B是泪滴状壳体20的立体图，其中此处示出的泪滴状壳体20是透明的，以示出内部部件的布局。泪滴状壳体20在其优选形式中为直径大约3m。壳体20通过在沿着水平轴线24位于架30每一侧上的两个水平轴线36a和36b上的轴承而机械地耦接至架30。这允许壳体20独立于架30和附接至架30的所有部件而自由地俯仰。轴36a、36b的端部是用于直升机或其他飞行器的两点拾取的牵引点。在起飞和降落期间，或在与地形跟随相关联的上升变化期间，或在空速变化期间，该耦接将允许壳体20将它的攻角调节至最低牵引的攻角。

图1A的横截面图示出了两个水平轴36a和36b，两个水平轴支承整个负载，并且附接到架30，并通过环绕壳体20中的相应开口的轴承穿过壳体20。平台70和基座50通过多个阻尼器40从架30悬挂下来，其中多个阻尼器40包括两种类型的阻尼器，阻尼器在图中示意性地示出为膜盒状结构。阻尼器40用于将基座50与壳体20的归因于时变空气动力学载荷的振动和旋转隔离开并且与牵引线缆中的时变张力隔离开。该目的在于在1Hz至10Hz的范围内提供高度隔离，并且为了该目的而允许若干分米的竖直和水平移位。竖直定向的阻尼器42必须承受平台70和基座50的静态载荷，而水平阻尼器44只需要吸收与横向加速度相关联的动力。

在图2A和图2B中，示出了振动隔离基座50。基座50包括悬挂环51和基座板53，其中，悬挂环51连接至多个振动隔离阻尼器40，而基座板53通过多个基座肋条52连接至悬挂环51。基座50还包括支撑支座54，该支撑支座54具有连接至基座板53的顶面并处于基座板53的中心的底端。支撑支座54还具有顶端，该顶端与连接到基座板53的一端相对。定位在支撑支座54的相反顶端上的是单球面空气轴承55。支撑支座54用于支撑图3A的旋转稳定仪器平台70。

基座50是具有肋条52的笼状结构，该笼状结构将悬挂环51和支座54连接起来。有利的是，基座50以用于构造平台70的类似的轻碳纤维夹心结构构造。基座结构50的通过基座板53、肋条52将支撑支座54连接至悬挂环51的部件也由轻碳纤维夹心结构构造。此外，整个结构可以由夹心碳纤维制成，以使保持较轻的重量并同时保持良好的刚性。以碳纤维管构造的对角撑条56a和56b被设计成如所指出的那样增加扭转刚性。

平台70见于图1A中的截面以及图3A中的立体图中。它是夹心碳复合漏斗状结构，其以倒置的方式位于由支座54支撑的球面空气轴承55上。实现平台70的高度刚性是关键目标，这是因为它承载用于姿态稳定的陀螺仪91、78以及作为主传感器79的三个矢量分量磁强计。在磁强计79的获取带宽上将这些部件的固定相对方向维持至百万分一度对于磁场测量的成功来说是基本的。

在优选实施方式中，平台70以一体化碳复合结构构造。它是漏斗状的并且由夹心碳复合物制成，跨越整个基座测量为大致为1.5m，而高度为2m。漏斗的两个部分是杆部（“杆”）71和锥体部（“锥体”）72。平台肋条74提供额外的刚性。主陀螺仪稳定器91安装在杆71的内部，如图4a所示，并且必须使安装在锥体72的下边缘附近的传感器79稳定。出于该原因，平台70需要足够的硬度，使得它的变形可以忽略不计（<1.0e-7弧度）。尽管通过降低结构的尺寸将会大大增强硬度，但是需要大的物理尺寸来将陀螺仪稳定器91、78（电磁噪声源）与磁场传感器79分隔。图3B和图3C示出了这些电子部件的相对位置。

杆71容纳一系列叠置的仪器模块77，该一系列叠置的仪器模块77包括数据获取系统90，接下来是主陀螺仪稳定器91，接下来是它的功率模块98，该功率模块98容纳逆变器和电池100a。这些模块被定位成使得产生最大电磁噪声的那些模块距离传感器79较远。此外，存在定位成垂直于71的两个外侧平台73。这些允许次附加陀螺仪78的附接，次附加陀螺仪78各自容纳在独立的屏蔽罩99中并且针对环绕漏斗轴75的旋转是稳定的，并且允许不受主轴向陀螺仪稳定器91约束的运动。

由平台70承载的仪器以及平台70本身具有六个主要作用：感测磁场；感测平台70的方向；针对方向的快速小变化（不稳定性）使平台70稳定；抵抗系统的方向漂移使平台70稳定；将数据数字化并传输到平台外的计算机；以及保持平台70尽可能地平衡，使得质心与空气轴承55的旋转中心一致。

主传感器

在本发明的优选实施方式中，三个磁强计79用作能够感测磁场的矢量分量的主场传感器。三个磁强计传感器79各自安装至锥体的靠近它的边缘的表面，并且它们的敏感长轴与中心轴线75共面。它们以每120度的方位角环绕中心轴分布。线缆（未示出）从传感器79沿着多个竖直稳定的平台肋条74的接合点运行至杆71的基座。传感器79是由本申请的提供者定制设计的并且是基于反馈磁感应原理的。它们具有在1Hz和10Hz之间的、具有0.1V/nT的灵敏度的扁平通带。它们具有在1Hz处的0.1pT/sqrt(Hz)和在300Hz处的5fT/sqrt(Hz)的噪声层，但是本发明可以采用任何高灵敏度的矢量分量磁强计。

尽管优选实施方式采用反馈磁感应线圈，但可以使用不同类型的传感器（例如感生线圈、磁通门磁强计或通过线性滤波器测量空间磁场分量、它们的时间导数或与磁场有关的量的任何装置）来进行有用的测量。

数据获取系统：

本发明还包括四通道24位数据获取系统（DAQ）90。DAQ 90用于以最高达51kS/s的速度来采样主传感器79并且包括GPS时间戳以及到平台外的计算机的无线链路。

主陀螺仪稳定器模块：

现在参照图3B以及图4A至图4C，主陀螺仪稳定器（PGS）91为如在电影产业中使用的商用Kenyon KS-12陀螺仪稳定器。它内部包括双转子，每个转子安装在单自由度万向节上。它由通过逆变器从28V直流（DC）源获得的400Hz 220V的驱动信号驱动。PGS 91是圆柱形的，并且它抗拒环绕垂直于它本身的轴的任何轴的旋转，但是它对于环绕本身轴的旋转没有抗拒。

尽管是商用模块，但PGS 91不能以直接的方式使用，这是因为它产生极高的电磁噪声水平。为了解决该问题，它被沿着它的逆变器封装，并且电源模块98的电池源100b全部位于高导磁合金屏蔽罩M中。这将它的电磁噪声降低大约1000倍。PGS 91必须非常刚性地耦接至平台70。它还产生显著的热量（~100W），该热量必须被高效的从屏蔽单元中消散出去。这导致了图4A、图4B和图4C中示出的设计。图4A示出了杆71的由叠置的仪器模块77占用的部分，该叠置的仪器模块77包括PGS 91以及它的功率模块98，功率模块98通过一些列的螺接到杆71的壁中的不锈钢插入件中的18个螺栓（未示出）而被保持在杆71的中心。螺栓布置在径向对称的图案中，三个螺栓以每60度的方位角环绕中心轴定位并形成耦接在PGS 91、它的功率模块98和杆71之间的刚性体，同时允许在杆71的内部部件和内壁之间的环形间隙形式的热消散烟筒。图4B示出了散热器R，散热器R由一系列的具有圆柱曲率的板构成，它们通过螺栓的压力被夹持到磁屏蔽罩M上。翅片F在整个环形间隙上以90度从这些板伸出，从而提供到热消散到烟筒中。在图4C中，去除了散热器板，从而暴露出高导磁合金屏蔽罩M。另外，如图4A所示，上组力分布垫P和下组力分布垫P用于确保仪器模块通过螺栓的共同向内压力从而紧固到杆71的内壁。每个垫具有平坦的外表面以接受来自螺栓的压力以及具有内圆筒表面以通过散热器板和高导磁合金磁罩均匀地传递力。每个下力分布垫接纳两个螺栓并将力直接传递到PGS，同时每个上力分布垫接纳一个螺栓并将力传送到PGS功率模块98。

次陀螺仪稳定器模块：

如上所述，本发明包括至少一个次陀螺仪稳定器模块78。图3C中示出的实施方式具有两个次陀螺仪稳定器模块78，其中一个次陀螺仪稳定器模块78部分地隐藏在竖直平台肋条74仪器平台70之一的后面。两个次陀螺仪稳定器模块78（Kenyon KS-8s）被需要来用于两个目的。它们需要抵抗关于平台70的轴（即漏斗轴75）的旋转不稳定性（偏转），并且限制平台70的任何方向的归因于失衡或归因于组件的初始旋转速度的在缓慢角度漂移。归因于用于电影产业的商业陀螺仪稳定器带宽受限的事实，对次陀螺仪稳定器78中的一个进行修改。它们抵抗环绕它们的两个阻力轴中的任一个的快速施加转矩，但是它们不抵抗施加了许多秒的稳定转矩。该行为在如下情况下是非常理想的：在该情况中，相机必须被允许响应于稳定施加的转矩而进行拍摄全景，即使陀螺仪组件由于手抖动或到移动的交通工具的机械链接而抵抗振动。本发明中使用的磁强计79对于平台70的方向的任何缓慢漂移不是非常敏感的。然而，如果平台70到达它的滚动和俯仰的行程界限（即，大致20度），平台70将停止被稳定，因此必须约束缓慢漂移。为了实现这样，对两个次陀螺仪稳定器78之一进行修改，使得它的双内部转子组件的万向节由沿相同方向旋转的转子锁定。这有效地将陀螺仪稳定器79转变成简单的非万向节陀螺仪，其中它的轴线沿着平台70的轴线来指向。因为它的角动量相对于平台70是固定的，它将允许在系统略微失衡的情况下平台70进行缓慢的旋进，而不是“摔倒（falling over）”。

在图3C中示出了两个次陀螺仪稳定器78，它们部署在杆71的相反两侧，以用于平衡。每个陀螺仪78与它的逆变器和电池100b一起安装在高导磁合金屏蔽罩99的内部。一对陀螺仪78抵抗在偏转方向的角度不稳定性来稳定平台70。这些小陀螺仪78比主陀螺仪稳定器91消散较少的热。通过附接到高导磁合金屏蔽罩99的翅片（未示出）来被动地实现热消散。

动态平衡系统：

为了最小化通过线性加速度施加到平台70上的转矩，平台70需要在所有的三个方向关于它的旋转点被良好地平衡。平台70系统包括“软”基础结构，例如线缆、密封剂等。这些部件随着它们相对于g矢量（下方向）的方向、温度和所施加的外部加速度的历史而略微地在尺寸和位置上变化。图5A的动态平衡系统80因此需要统计平台70的质心的这些小的变化。平衡系统80是可调节平衡重量的受控系统，其允许在任何需要的时候对平台70平衡进行修调。

在图5A中示出了动态平衡系统80的示意图。系统结合了在浮动仪器平台（环）和平台被附接到其上的基座组件（矩形）上的部件以及平台外的PC。安装在仪器平台70上的嵌入式计算机控制在图5A中示意性地示出并且如在图3D和图3E中布置的三个微平衡器A1至A3。微平衡器是数控线性致动器A，其也在图3A中示意性地示出，数控线性致动器A可以通过在三个主方向X、Y和Z的每个方向的毫米距离来精确地移动数十（tens of）克的小质量。

用于确定平衡器的所需位置变化所必要的信息包括来自主传感器的EMI数据以及来自同样位于平台上的姿态航向基准系统（AHRS）的测量值。在本实施方式中，在平台外运行的PC上执行平衡算法，该平台外运行的PC记录通过无线方式直接来自DAQ系统的EMI数据，同时AHRS数据通过独立的无线链路从嵌入式计算机传输过来。通过平衡算法来分发命令，并且命令被以无线信号的方式发送至在平台上的嵌入式计算机，该嵌入式计算机对平衡质量进行重新定位。可替代地，当前正被平台外计算机实现的任务可以使用来自主EMI传感器的无线的或有线数据链路由直接运行在平台上的较高性能的嵌入式计算机实现。

作为AHRS系统的一部分的3轴磁通门直流磁强计测量地球磁场相对于平台70从相对于每个主传感器79的方向。该信息提供主传感器79对关于三个轴中的每一个轴的旋转的灵敏度。

通过对图5A中示出的三个互相垂直的线性非磁性气动振动器V1、V2和V3进行操作向基座施加振动来增加平衡过程的精确度。这些位于在空气轴承55的正下方的支撑支座54中，如图2C中V处所示。振动器以在基本频率附近的3个不同的窄的独立频率进行操作，该基本频率例如为90Hz,该基本频率的频率范围受控于来自公共气动歧管的不同压力。平台的失衡将表示在每个传感器部件上的与它们的旋转灵敏度成比例的相应窄带噪声信号。将磁通门信号与来自主传感器79的流数据进行组合，在平台外的PC上执行的非线性优化算法将允许在平台70上的嵌入式计算机或其他计算机对平衡器（即，在图3A中的致动器或特别是在图3D、图3E和图5A中的致动器A1、A2和A3）的位置进行优化，从而最小化测量噪声。考虑了多种算法，随后在本公开内容中描述优选算法。

特别地，图5A示出了动态平衡系统，该动态平衡系统关于三个不同的轴来平衡可旋转平台。当失去平衡时，平台的质心与它的公共旋转中心不相同。基座的振动则引起平台旋转，该旋转表现为在平台上的三个正交磁强计的每一个的磁信号。基座上的气动振动器V1、V2和V3以三个不同的频率驱动。平台上的三个线性电动机械致动器A1、A2和A3调节反馈环中的平衡质量。

图5B是示出了由以不同的频率f1、f2和f3运行的三个正交气动振动器V1、V2和V3施加到支座上的振动的曲线图。不同频率由三个压力步降阀确定，所述压力步降阀各自从公共歧管馈送不同的振动器，并且图5C示出了来自平台上的三个AC磁强计的信号，该三个AC磁强计记录归因于基座振动的三个不同频率的信号。当平台使其质心恰好位于旋转中心的时候，这些信号消失。通过三个正交电动机械致动器A1、A2和A3以反馈的形式来控制质量平衡，其中每个正交电动机械致动器控制在设备上的底座（carriage）上的平衡质量的位置。

在图5A中的嵌入式计算机和平台外PC之间的双向无线链路允许来自AHRS的数据和来自致动器A的位置信息被中继至平台外的PC，同时与致动器A有关的控制信息被中继回来。

为了使动态平衡工作，算法是必要的，并且尽管可以使用能够平衡像本发明的系统的系统的任何已知算法，但是优选实施方式采用特定且特有的算法。优选实施方式所采用的特有算法的步骤如下：

a）程序从三个主传感器以高速率接收连续的数据流，以及从作为平台上AHRS系统的一部分的磁通门磁强计以非常慢的速度接收数据。

b）根据缓慢的磁通门数据，算法确定三个传感器中的每一个相对于地球的磁场的方向。因为平台的旋转稳定性，这将会非常慢地发生改变。

c）根据该信息，计算3×3的矩阵，该矩阵将原主传感器分量转换为三个虚拟方向；这些为在地球的磁场方向上的Ca、水平的并垂直于地球的磁场的Ch以及垂直于两者的第三分量Cv。

d）对在从一秒到数十（tens of）秒的时间间隔上采集的主传感器数据进行傅里叶变换，以获得它们的复数频谱。

e）将来自原分量的频谱乘以计算的3×3矩阵，以获得在Ch和Cv方向的频谱。这些对振动噪声最敏感。

f）通过将复数频谱乘以它们的共轭复数在Ch和Cv方向形成变换功率谱密度（PSD）。

g）Ch和Cv PSD在三个窄频带上进行平均，其中三个窄频带对应于产生六个为正实数的频谱幅值的支座振动频率。

此外，尽管可以采用更细化的方法，但是下面是本发明的算法的最简单变化。

h）通过采用6个PSD之和来创建待最小化的单个目标函数。

i）该目标函数用作为标准非线性三维单纯形优化算法（例如下坡单纯形法（downhill simplex method））的输入。关于它的每个应用的结果为所建议的用于质量平衡器的下一组位置。

j）板上嵌入式计算机通过无线传输来请求新位置，并且针对它们给出时间，以获得它们的新位置。重复整个算法。

上述算法将平台的平衡作为它的唯一标准。然而，可以很容易对它进行修改以提供所需的小偏置，以保持平台大致垂直以及很好地处于它的操作角范围内。这可以将（g）的目标函数加入一项来实现，该项由加权系数乘以从AHRS数据获得的来自平台的轴的垂线的角偏差构成。加权系数的大小可以通过实验或分析来确定，以保持平台的修调并同时保持由失衡偏置引起的噪声小于可接受水平。

空气轴承

根据本发明的稳定系统10的优选实施方式采用球面空气轴承55，该球面空气轴承55提供环绕任何轴的同时具有非常低的摩擦的公共旋转的单点的精密机械加工容差。在加速度和热变化方面，将会很难通过使用由嵌套的轭所支撑的三个万向节轴承的更传统的方案来实现并保持可比的平衡度。

然而，空气轴承55的作用可以由任何类型的轴承满足，只要该轴承将允许仪器平台70的必要俯仰和偏转，并且同时不会以任何方式干扰、污染、沾染或负面地影响场数据的采集，尤其是电磁数据。

参照图6A至图6C，球面空气轴承55包括图6C中的压缩空气或气体的源，该压缩空气或气体的源连接至轴承的支撑凹部并向其供给空气，使得由轴承的球面部分支撑的顶部浮置在空气垫或气体垫上。向空气轴承提供压缩空气57的源或装置可以通过空气或气体压缩机来实现，其中空气或气体压缩机具有足够的压力和流速，使得它可以在支撑平台70完全负荷它的仪器和装备的情况下提供支撑平台70的重量的空气或气体体积。

空气轴承55对于本发明是定制设计的。它提供在滚动和俯仰上的25度的旋转以及关于高精度单点旋转的偏转的无限旋转。空气轴承55是相对靠近传感器的金属物体。因此，在轴承中感生的涡流会不得不记录到接收到的信号中。为了最小化该可能性，轴承55以具有相对低导电性的不锈钢制造（#303）。另外地，如图6A和图6C所示，深槽G的交叉图案被压到（mill into）支撑凹面轴承和支撑半球两者的背面。测试已经示出主涡流模式的时间常数为大约1毫秒。可替代地，轴承由可加工陶瓷制成，例如MACOR，该可加工陶瓷将会更加昂贵但是将会完全消除涡流。

基座：

如图1A、图2A和图2B所示，基座组件50承载平台70的负载：从从空气轴承55和它的支座54到悬挂环51，其中悬挂环51位于贯穿组合的平台70基座50系统的质心的平面中。该结构必须相当大并且必须具有高的刚性、轻的质量并且易于运输到勘测地点。为了在可拆卸的结构中获得所需的刚性，支座基座53和悬挂环51通过重量轻的夹心碳纤维复合物肋条52进行连接，并且通过薄对角撑条56a、56b进行加强。肋条52将悬挂环51连接至基座板53并且被成形为便于适应平台70相对于支座轴的20度的滚动和俯仰范围。肋条52延伸通过在基座板底板中的槽60，在槽60处，肋条52各自被夹在永久性地附接到它的下侧的成对的肋条52之间。以此方式，可以进行刚性连接，同时允许基座50能够拆成传单独的肋条52、撑条56a、56b、基座板53、悬挂环51和支座54，以用于运输。

阻尼器系统：

图1A中示出的阻尼器系统包括多个振动隔离阻尼器40，振动隔离阻尼器40共同地将基座50与壳体20的线性加速度隔离。在低至1Hz的频率处实现高的隔离度需要调节大的位移。在文中呈现的设计中，具有两种类型的8个阻尼器40。第一组，即竖直阻尼器42，需要支承基座50的静载荷以及调节动力载荷。第二组阻尼器，即水平阻尼器44，被水平定位，并且需要主要调节横向动力载荷。已经考虑了多种装置，包括橡皮带（bungee）、空气囊、弹簧、空气轴承支和能量吸收橡胶（例如Sorbothane）的定制成形块。上述的每一个具有优点和缺点。一些以张力良好工作，其他以压力良好工作。可以通过修改支架的布局和性质来在所建议的几何的限制范围内实现这两种类型的阻尼器。

架：

在图1C、图1B和图1A中示出了牵引架30。架30的作用是提供用于多个振动隔离阻尼器40、直升机牵引线缆以及壳体20的公共附接结构。使用中空的复合管道来构造它。由于它的大尺寸，它需要被设计成在现场由六个独立的部件组装而成。架30还将是用于数据获取装置90和动态平衡系统80的无线接收机的场所。

壳体：

在图1B中示出的壳体是泪滴状的复合外壳，其尺寸为2.8m×4.3m，并且由四个不同的象限构成，每个全长为4.3m。这些部分将会具有大约2m的中间尺寸并且可以容易地以标准宽度立方的货车运输。使用良好建立的空芯结构方法，外壳部分可以由碳纤维复合材料构造。该部分可以通过与每个部分成一体的外部突出凸缘而螺接到一起。外壳的总重量被估计为小于50kg。

壳体20的两点悬挂将约束外壳围绕它的纵轴旋转。当由直升机提起时，在通过气流的显著向前运动之前，吊舱的姿态和俯仰不受约束。壳体20的中心的位置和来自直升机转子的下洗（down-wash）将很可能导致尾部朝下定向。一旦直升机已获得向前速度，空气动力进行接管，并且就俯仰和偏转而言的方向稳定性可以通过壳体20和互补翅片的形状来进行控制。为了调节俯仰运动的该范围，壳体20已被设计成独立于封闭的仪器平台70进行旋转并且避免超过陀螺仪稳定所允许的旋转范围的风险。内部组件，即基座50和仪器平台70，将借助于轻微的底部加重来保持在垂直位置。

壳体20的目的在于根据元件和空气动力形状来提供保护，该空气动力形状将能够产生振动和拖拽的紊流最小化。壳体20的形状将最小化湍流并相对于通常与飞行方向对齐的视风风向的提供方向稳定度。可以添加水平稳定器和竖直稳定器来增加对视风风向的改变的旋转响应度。在飞行期间的湍流会突然改变视风风向并且太多的稳定器表面会增加对这样的湍流的灵敏度。壳体20的长形形状将提供方向响应的基本水平，并且选择不同稳定器翅片的灵活性会有助于翅片调谐飞行特性。

壳体20被设计成刚性轻质蒙皮，该刚性轻质蒙皮足够满足空气动力但不支撑壳体20和内部部件的全重。因此，在它内部将包封三点支撑/起落架组件。支撑系统将附接到在架30的任一侧的轴上，并且在突出通过壳体20的3英尺处终止，该壳体20将在组装和降落期间支撑系统重量。期望的是，当直升机在降落期间盘旋时，壳体20是尾部朝下的，将沿着下缝从尾部到起落架设置小的龙骨，以最小化壳体与地面的接触以及刺穿的可能性。尽管壳体20不需要具有内部结构，但它可以包括四个肋条，即一个顶肋、一个底肋或龙骨、一个右舷肋、一个孔口肋。这将使得更容易组装并提供用于稳定器翅片的安装点。在概念上，将首先组装起落架结构和四个肋。由架30举起的仪器平台70将通过轴进行连接。最后的步骤将是添加壳体20蒙皮部分。

特有特征：

以下特征被认为是特有的或者至少在机载地球物理产业中是与众不同的。

1.当在移动的可飞行壳体20中进行操作时，系统将连续地记录在适合运动感应噪声的1Hz至25Hz的带宽内的磁场数据，以便用于勘查目的。

2.平台70使用不具有阻尼器或回复力的旋转隔离系统来获得最高程度的旋转稳定性，因此传感器79相对于地球静磁场保持方向。出于该原因，平台70被安装至基座50上的低摩擦空气轴承55上。这最小化了由壳体20的旋转引起的施加给平台70的转矩。

3.采用了结合了主动振动、板上计算机和一组远程可调重量的动态平衡系统，这确保质心保持位于空气轴承的精确旋转中心。这最小化了施加给平台70的、否则将会由壳体20的线性加速度产生的转矩。

4.5的动态平衡算法，该动态平衡算法保持仪器平台70处于大致竖直方位。

5.基座50安装在加速和振动阻尼器40上，该在加速和振动阻尼器40提供对1Hz的限制阻尼，以最小化归因于壳体20的线性加速度而施加到平台70上的任何转矩。

6.三个复合陀螺仪78、91用于增强俯仰、滚动和偏转的稳定性。

7.平台70通过采用碳纤维夹心结构从而是非常刚性的，因此由陀螺仪91、78保持的方向被精确地传递至传感器79。

8.可以对陀螺仪91、78和相关联的电子元件进行磁场屏蔽，以最小化对传感器79的干扰。

9.主陀螺仪91被散热片包覆，该散热片使用被动对流来消除过热。

10.由传感器79获取的数据从可旋转平台70无线地传输至附接到架30的数据处理和记录系统。

尽管根据法令规定，文中示出和描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员将理解的是，可以以由权利要求涵盖的本发明的形式来进行变化，并且有时可以有利地使用本发明的某些特征，而不相应地使用其他特征。

Claims (21)

1.一种用于以降低的运动噪声来采集场数据的稳定的场传感器设备（10），包括：

泪滴状壳体（20），所述泪滴状壳体（20）具有球根状前部、尖状后端、第一前后向水平轴线（22）和第二横向水平轴线（24）；

牵引架（30），所述牵引架（30）位于所述壳体的所述球根端中，所述牵引架具有基座环（32）、两个交叉弧形条（34a、34b）以及两个水平轴（36a、36b），其中，所述两个交叉弧形条（34a、34b）各自的相反端以间隔开的位置连接至所述基座环并环绕所述基座环，所述两个水平轴（36a、36b）放置在所述壳体（20）的第二水平轴线（24）上并从所述条（34a）中的一个的相反端突出，所述轴从所述基座环的相反侧突出并贯穿出所述壳体的所述球根部的相反侧，以用于将所述设备附接至用于运载所述设备的交通工具，所述轴枢转地连接至所述壳体，并且所述架的尺寸被设定成在壳体内并且相对于所述壳体围绕所述第二水平轴线（24）自由地进行相对旋转；

多个振动隔离阻尼器（40），所述多个振动隔离阻尼器（40）连接至所述牵引架（30）并环绕所述牵引架（30）间隔开，所述阻尼器有效地用于减弱所述牵引架的竖直振动和水平振动；

基座组件（50），所述基座组件（50）安装至所述多个振动隔离阻尼器（40）并且至少部分地定位在所述牵引架（30）处并且全部地定位在所述壳体（20）的所述球根部中，以用于当所述牵引架围绕所述壳体（20）的所述第二水平轴线（24）枢转时使所述基座组件在所述壳体中自由运动，所述壳体和所述架的竖直振动和水平振动在到达所述基座组件（50）之前被所述阻尼器减弱；

支撑支座（54），所述支撑支座（54）具有在所述基座组件的底部附近固定到所述基座组件（50）的底端，所述支撑支座在所述基座组件中向上延伸并延伸到所述牵引架（30）中且具有与所述牵引架向内间隔开的上自由端；

单球面空气轴承（55），所述单球面空气轴承（55）连接到所述支座的所述上自由端；

结构刚性仪器平台（70），所述结构刚性仪器平台（70）具有下中空锥体部（72），所述下中空锥体部（72）具有上内部顶点，该上内部顶点被接合到到所述球面空气轴承（55）并被支撑在所述球面空气轴承（55）上，用于所述仪器平台在所述支撑支座上的可旋转和枢转的支撑，所述仪器平台具有上杆（71），所述上杆（71）从所述锥体部向上延伸到所述顶点的上方并延伸到所述牵引架（30）中，所述仪器平台（70）具有延伸穿过所述锥体部和所述杆的中心轴线（75）；

动态平衡系统（80），所述动态平衡系统（80）用于动态地平衡所述空气轴承上的所述平台；以及

至少一个场传感器（79），所述至少一个场传感器安装至所述仪器平台（70），用于采集场数据并同时针对运动噪声保持平衡，所述运动噪声包括来自所述基座组件的、来自所述牵引架的以及来自所述壳体的振动、枢转和旋转。

2.根据权利要求1所述的设备，包括主陀螺仪稳定器（91）和至少一个次陀螺仪稳定器（78），其中所述主陀螺仪稳定器（91）安装至所述杆（71）并定位在所述中心轴线上，以用于降低所述仪器平台在所述支撑支座上的在滚动和俯仰中的旋转抖动，所述至少一个次陀螺仪稳定器（78）在与所述中心轴线（75）径向间隔开的位置处安装至所述仪器平台，用于降低偏转中的旋转抖动。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述基座组件（50）包括：悬挂环（51），所述悬挂环（51）连接至所述振动隔离阻尼器（40）；基座板（53），所述基座板（53）间隔在所述悬挂环的下方并具有多个周向间隔的径向延伸槽（60）；多个基座肋条（52），所述多个基座肋条（52）连接在所述悬挂环和所述基座板之间并环绕所述基座板和所述悬挂环间隔开，每个基座肋条（52）具有下径向朝外延伸弧形部（52a）和朝内倾斜部（52b），所述下径向朝外延伸弧形部（52a）延伸穿过所述基座板（53）中的所述槽（60）中的一个槽，所述朝内倾斜部（52b）连接在所述基座肋条的所述弧形部与所述悬挂环之间；多个下对角撑条（56a），所述多个下对角撑条（56a）各自连接在每个基座肋条的下端与相邻基座肋条的中间位置之间；以及多个上对角撑条（56b），所述多个上对角撑条（56b）各自连接在每个基座肋条的上端与相邻基座肋条的中间位置之间，所述对角撑条增加所述基座组件（50）的扭转刚性，所述支撑支座（54）具有在所述基座板（53）上方的上部和在所述基座板下方的下部，每个基座肋条（52）的下端连接至所述支撑支座（54）的下部。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述基座组件（50）包括：悬挂环（51），所述悬挂环（51）连接至所述振动隔离阻尼器（40）；基座板（53），所述基座板（53）间隔在所述悬挂环的下方并具有多个周向间隔的径向延伸槽（60）；多个基座肋条（52），所述多个基座肋条（52）连接在所述悬挂环与所述基座板之间并且环绕所述基座板和所述悬挂环间隔开，每个基座肋条（52）具有下径向朝外延伸弧形部（52a）和朝内倾斜部（52b），所述下径向朝外延伸弧形部（52a）延伸穿过所述基座板（53）中的所述槽（60）中的一个槽，所述朝内倾斜部（52b）连接在所述基座肋条的所述弧形部与所述悬挂环之间；多个下对角撑条（56a），所述多个下对角撑条（56a）各自连接在每个基座肋条的下端与相邻基座肋条的中间位置之间；以及多个上对角撑条（56b），所述多个上对角撑条（56b）各自连接在每个基座肋条的上端与相邻基座肋条的中间位置之间，所述对角撑条增加所述基座组件（50）的扭转刚性，所述支撑支座（54）具有在所述基座板（53）上方的上部和在所述基座板下方的下部，每个基座肋条（52）的下端连接至所述支撑支座（54）的下部；以及一对加强板（61），所述一对加强板（61）位于每个基座肋条的低于所述基座板（53）的位置处的相反侧，所述悬挂环、所述肋条和所述基座板由碳纤维夹心复合物制成。

5.根据权利要求1所述的设备，包括主陀螺仪稳定器（91）和至少一个次陀螺仪稳定器（78），其中，所述主陀螺仪稳定器（91）安装至所述杆（71）并定位在所述中心轴线上，以用于降低所述仪器平台在所述支撑支座上的在滚动和俯仰中的旋转抖动，所述至少一个次陀螺仪稳定器（78）在与所述中心轴线（75）径向间隔开的位置处安装至所述仪器平台，以用于降低偏转中的旋转抖动，所述仪器平台（70）的杆部（71）和锥体部（72）各自包括一体化碳夹心复合材料，所述杆部（71）容纳多个叠置的仪器模块（77），所述多个叠置的仪器模块（77）包括所述主陀螺仪稳定器（91）、数据获取系统（90）和功率模块（98），所述功率模块（98）包括逆变器和电池（100a），所述仪器平台（70）包括多个周向间隔的竖直强化平台肋条（74）和多个水平加强凸缘（73），所述多个周向间隔的竖直强化平台肋条（74）沿着所述锥体部（72）和所述杆（71）延伸，所述多个水平加强凸缘（73）环绕所述平台延伸并穿过所述平台肋条，所述设备包括一对重量平衡的次陀螺稳定器（78），所述一对重量平衡的次陀螺稳定器（78）安装在所述杆的相反侧上并安装在所述水平加强凸缘（73）中的一个上。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述场传感器（79）包括用于采集磁场数据的反馈感应线圈，所述磁场数据包括在1Hz至25Hz的带宽内的低频磁测量值。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述场传感器（79）包括用于采集磁场数据的反馈感应线圈，所述磁场数据包括在1Hz至25Hz的带宽内的低频磁测量值，所述设备包括三个所述传感器，所述三个传感器安装在环绕所述锥体部的等间隔的位置处，每个传感器包括位于靠近所述锥体的下边缘的矢量分量传感器（79），并且每个传感器具有平行于所述锥体表面并与所述锥体的轴线共面的纵轴线。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，每个振动隔离阻尼器（40）包括一组竖直阻尼器（42）和水平阻尼器（44），所述一组竖直阻尼器（42）将所述基座组件从所述架的所述弧形条（34a、34b）悬挂起来，并且所述水平阻尼器（44）将至所述基座组件（50）的锥体部横向地连接至所述架（30）的所述基座环（32）。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述基座组件（50）的所述基座肋条（52）形成一定角度，以适应所述仪器平台（70）在所述球面空气轴承（55）上的10至30度的滚动和俯仰范围。

10.根据权利要求1所述的设备，包括主陀螺仪稳定器（91）和至少一个次陀螺仪稳定器（78），其中，所述主陀螺以稳定器（91）安装至所述杆（71）并定位在所述中心轴线上，以用于降低所述仪器平台在所述支撑支座上的在滚动和俯仰中的旋转抖动，所述至少一个次陀螺仪稳定器（78）在与所述中心轴线（75）径向间隔开的位置处安装至所述仪器平台，以用于降低偏转中的旋转抖动，所述陀螺仪稳定器与逆变器和电池（100b）一起安装至具有高导磁率的金属（99）内部的所述仪器平台（70）。

11.根据权利要求1所述的设备，还包括动态平衡系统（80），所述动态平衡系统（80）包括与所述设备分隔开的PC、一组线性质量平衡致动器（A）以及嵌入式计算机，其中，所述一组线性质量平衡致动器（A）安装在所述仪器平台（70）上并相对彼此以90度定向，所述嵌入式计算机安装在所述仪器平台（70）上并接收来自PC的指令，以控制所述一组质量平衡致动器（A）。

12.根据权利要求1所述的设备，还包括：动态平衡系统（80），所述动态平衡系统（80）包括安装在所述平台（70）上的嵌入式计算机；与所述设备分隔开的PC；在所述PC上执行的动态平衡算法；一组三个互相垂直的线性气动振动器（V），所述三个互相垂直的线性气动振动器（V）容纳在位于所述空气轴承（55）下方的所述支撑支座（54）内；所述三个互相垂直的线性气动振动器（V）中的每一个以不同的频率振动，以允许所述动态平衡算法创建关于如何更精确地确定所需的质量再分配的信息，所述动态平衡系统还包括用于将由在所述PC上执行的所述动态平衡算法创建的所述信息无线地传送至所述嵌入式计算机的装置。

13.一种有助于连续地采集磁场数据且不受运动噪声影响的传感器稳定装置（10），所述磁场数据包括在1Hz至25Hz的带宽内的低频磁测量值，所述装置（10）包括：

泪滴状壳体（20）；

牵引架（30），所述牵引架（30）包括：基座环（32）、连接至所述基座环（32）的两个隆起的凸状交叉条（34a、34b）、以及两个水平轴（36a、36b），所述两个水平轴（36a、36b）从所述两个交叉条（34a、34b）之一突出出来并定位在所述基座环（32）的相反侧上，所述两个水平轴（34a、34b）中的每一个通过往复轴承（32a、32b）枢转地连接至所述壳体（20），并且所述两个水平轴（34a、34b）中每一个通过所述往复轴承（32a、32b）穿过所述壳体（20），所述水平轴（36a、36b）形成有助于附接到交通工具的牵引点；

基座组件（50），所述基座组件（50）连接至所述架但与所述壳体（20）以及与所述架（30）在振动上隔离，所述基座组件包括支撑支座（54），所述支撑支座（54）具有与圆形基座板（53）一体化的底部，所述圆形基座板（53）具有下侧（62），所述支撑支座（54）具有与单球面空气轴承（55）相反的顶端，所述单球面空气轴承（55）包括旋转中心，所述基座组件（50）还包括悬挂环（51）和多个竖直肋条（52），所述多个竖直肋条（52）连接至所述圆形基座板（53），所述肋条（52）在径向上形成角度并且延伸通过所述圆形基座板（53）中的槽（60），所述竖直肋条（52）被夹在永久性地附接到所述基座板（53）的所述底侧（62）的成对的肋条（61）之间，所述基座组件（50）还包括用于增加扭转刚性的碳纤维对角撑条（56），所述碳纤维对角撑条（56）将所述多个竖直肋条（52）的相邻构件相互连接；

中空漏斗状旋转稳定仪器平台（70），所述平台（70）包括一体化碳夹心复合材料，所述平台具有纵轴线（75）、质心和外表面，所述平台（70）以倒置的方式被支撑在所述单球面空气轴承（55）上以及所述支撑支座（54）上，所述平台（70）包括杆部（71）和锥体部（72），所述锥体部具有下边缘，所述杆部容纳一系列叠置的仪器模块（77），所述叠置的仪器模块（77）包括数据采集系统（90），接着是主陀螺仪稳定器（91），接着是功率模块（98），所述功率模块（98）包括逆变器和电池（100a）。

三个矢量分量磁强计（79），所述三个矢量分量磁强计（79）各自具有纵轴线，所述磁强计（79）安装在所述锥体部（72）的靠近所述下边缘的所述外表面上，所述仪器平台（70）包括固定地附接至所述锥体部（72）的所述外表面和所述杆部（71）上的纵向肋条（74），以用于至所述平台（70）的额外的刚性；

两个次相反陀螺仪稳定器（78），所述两个次相反陀螺仪稳定器（78）用于抗拒围绕所述平台（70）的轴线（75）的旋转运动以及旋转抖动，所述两个次相反陀螺仪稳定器（78）安装在所述平台（76）上并且从所述平台的轴线（75）径向朝外定位在所述杆部（71）的任一侧上，所述两个次陀螺仪稳定器（78）与逆变器和电池（100b）一起安装在高导磁合金屏蔽罩（99）内部；

动态平衡系统（80），所述动态平衡系统（80）用于确保平台（70）的质心位于所述空气轴承的旋转中心处，所述动态平衡系统（80）包括：各自具有位于小线性底座上的小质量的一组线性互相垂直的致动器（A）；各自以不同的频率振动的一组相互垂直的线性气动振动器（V）；与所述装置分隔开的PC；在所述PC上执行的动态平衡算法；安装在所述平台（70）上以用于控制所述一组致动器（A）的嵌入式计算机；以及用于将信息从所述PC无线地传送至所述嵌入式计算机的装置；其中，在所述平台上的所述嵌入式计算机从在所述PC上执行的动态平衡算法无线地接收位置指令；

振动隔离阻尼器系统（40），所述振动隔离阻尼器系统（40）用于将所述基座组件（50）和所述平台（70）与所述壳体（20）的振动和旋转隔离，所述阻尼器系统（40）包括竖直定向阻尼器（40）和水平阻尼器（50），所述竖直定向阻尼器（40）用于将所述基座从所述架的所述交叉条（34a、34b）悬挂起来，并且所述水平阻尼器（50）用于将所述基座组件（50）横向地连接至所述架（30）的所述基座环（32）；

所述基座组件（50）的所述径向肋条（52）形成一定角度，以适应所述仪器平台（70）的所选择的滚动量和俯仰范围。

14.一种用于以降低的运动噪声来采集场数据的稳定的场传感器设备，包括：

壳体（20）；

在所述壳体（20）中的牵引架（30）；

安装至阻尼器（40）的基座组件（50）；

支撑支座（54），所述支撑支座（54）具有上自由端和固定到所述基座组件（50）的底端；

单球面空气轴承（55），所述单球面空气轴承（55）连接至所述支座（54）的所述上自由端；

仪器平台（70），所述仪器平台（70）具有下中空漏斗，所述下中空漏斗具有支撑在所述空气轴承（55）上以用于单点支撑的上内部顶点并且具有中心轴线（75）；

动态平衡系统（80），所述动态平衡系统（80）用于动态地平衡所述空气轴承上的所述平台；以及

至少一个场传感器（79），所述至少一个场传感器（79）安装至所述仪器平台（70），以用于采集场数据并同时针对运动噪声保持稳定，所述运动噪声包括来自所述基座组件（50）、来自所述牵引架（30）以及来自所述壳体（20）的振动、枢转和旋转。

15.根据权利要求14所述的用于以降低的运动噪声来采集场数据的稳定的场传感器设备，还包括多个陀螺仪稳定器（91、78），所述多个陀螺仪稳定器（91、78）连接至所述仪器平台（70），以用于保持枢转和旋转稳定性。

16.根据权利要求14所述的用于以降低的运动噪声来采集场数据的稳定的场传感器设备，所述球面空气轴承（55）包括凹面支撑部分和受支撑半球部分，其中，所述凹面支撑部分和所述受支撑半球部分两者都包括铣槽（G）的截面，以最小化由所述球面空气轴承引起的涡流。

17.根据权利要求14所述的用于以降低的运动噪声来采集场数据的稳定的场传感器设备，其中，所述仪器平台（70）包括上杆部（71）和下锥体部（72），所述上杆部（71）具有外表面，并且所述下锥体部（72）也具有外表面以及下边缘。

18.根据权利要求14所述的用于以降低的运动噪声来采集场数据的稳定的场传感器设备，其中，所述球面空气轴承（55）包括压缩空气或气体的源（57），所述压缩空气或气体的源（57）连接至所述凹面支撑部分，以用于将空气供给到所述凹面支撑部分，使得所述受支撑的半球浮置到气垫上。

19.根据权利要求15所述的用于以降低的运动噪声来采集场数据的稳定的场传感器设备，其中，所述多个陀螺仪稳定器（91、78）包括一个主陀螺仪稳定器（91）和两个次陀螺仪稳定器（78），所述主陀螺仪稳定器（91）被容纳在所述仪器平台（70）的所述杆部（71）内，所述两个次陀螺仪稳定器（78）被安装至所述仪器平台的所述杆部（71）的外表面并环绕所述仪器平台的所述杆部（71）的外表面等距离间隔开。

20.根据权利要求19所述的用于以降低的运动噪声来采集场数据的稳定的场传感器设备，其中，所述陀螺仪稳定器安装在具有高磁导率的金属壳（99）内部。

21.根据权利要求20所述的用于以降低的运动噪声来采集场数据的稳定的场传感器设备，包括三个场传感器，每个场传感器具有纵轴线并且安装至所述仪器平台（70）的所述锥体部（72）的外表面上并在所述锥体部（72）的外表面上等距离间隔开，其中，所述三个场传感器（79）被定位成靠近所述锥体部（72）的下边缘，并且使得所述三个场传感器（79）的纵轴线与所述仪器平台（70）的中心轴线（75）共面。