CN106516119A - 用于飞机的包括姿态校正装置的机载平台和相关联的拖曳挂接组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种牵引挂接组件，其包括飞机(P)、牵引线缆(60)和牵引设备(1)，飞机通过牵引线缆拉动牵引设备。本发明可用于连接和牵引用来进行测量的大型天线(31)，使用自动姿态校正装置(10)以及特别巧妙的公和母连接装置(40，50)维持稳定的水平或甚至竖直的姿态。此外，可以在被牵引的测量装置(31)和飞机(P)之间提供电连接。这样的牵引挂接组件特别适合用于获取自然资源勘探中宝贵的参数或用于识别地下空洞。

Description

用于飞机的包括姿态校正装置的机载平台和相关联的拖曳挂 接组件

本申请是申请号为201480076488.4的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2014年2月28日，发明名称为“用于飞机的包括姿态校正装置的机载平台和相关联的拖曳挂接组件”。

技术领域

本发明涉及一种机载平台，或者更广泛地，涉及用于飞机的被拖曳设备，该设备由飞机通过拖曳线缆拉动。

本发明更具体地涉及包括测量元件支承结构的被拖曳设备，用于在勘探自然资源或甚至识别地下空洞的领域采集有价值的信息。

背景技术

地球物理测绘领域目前迅速扩大以便获得对地下环境、特别是水文的演变的更好了解。在沙漠地区找水是尤其日益增长的关注问题。这样的发现例如包括岩溶网络的检测或识别。

这对于寻找位于中等深度、即在小于300米的深度处的矿产资源或者甚至识别石油或天然气矿层同样正确。

其它要求最近变成测绘领域的研究主题。这些要求涉及例如检测地下空洞以用于储存资源或甚至废弃物。

为了提供地球物理测绘数据，一种技术——根据一高度简化的原理——是测量底土的电阻率的垂直和水平的变化。为此目的，使用空中发射天线例如环或线圈来朝向待研究的地面、更具体地底土发射电脉冲。因此，创建了主磁场。主磁场的突然中断产生了强度随存在于底土的地层的电导率增加而增大的涡流。进而，这些感应电流产生二次磁场。这个场由接收天线、诸如线圈或环进行测量，然后被分析以确定该地层的电阻率。

为了现场输送这样的测量元件，某些建造商或运营商已经为飞机配备了环绕飞机的电磁天线。这种天线包括发射和/或接收电磁波的一个或多个环。天线构造成将电导体从飞机的前部——通过使导体维持在与驾驶舱成一距离的延伸装置，从而延长了天线的周长——延伸到机翼的尖端和到机身的后部。因此，天线有必要具有菱形/斜方形外观，其对角线由机翼和飞机的机身限定。因此，有必要使用具有大翼展的飞机以便承载足够大的天线来采集地形信息，例如庞巴迪Dash-7型的四引擎飞机。因为天线的姿态大致是承载该天线的飞机的姿态，必要的是——除非使用复杂的计算以考虑天线相对于地面的迎角——采集数据时保持飞机完全水平。为了维持这种大致水平的姿态，飞机需要以相对高的速度行进。低于该速度，飞机有陡峭的迎角，即如同在着陆状态的“抬头”飞行。现在，高的速度对所取得的测量数据的质量有不利的影响。此外，形成环绕飞机的天线的一个或多个电导体在飞行过程中变形，拍动或甚至产生移动和/或振动使飞机的飞行不良或甚至危险，到被迫进行计划外或紧急着陆的程度。此外，必须依靠大型飞机导致高的运行和维护成本，该成本也通过环绕飞机的天线的复杂性和冗长的装配过程而恶化。

在试图克服这些缺点时，大致圆形、或至少分段圆形的天线已被设计成直升机承载，并且因此由直升机现场运送。这种天线的最终表面积可以比环绕飞机的天线的最终表面积明显更大，因为天线的尺寸不再直接依赖于飞机的尺寸。因此，能够构造一个或多个同心且共面的天线，其与长度大致相同的多个拉条的远端配合，其近端连结在一起并连接到直升机的绞车，然后承载这样构成的结构。一个或多个电缆将天线连接到飞机的机载计算机。因为天线的周长更大，一个地点的扫描因而被优化，需要比由天线环绕的飞机更少的次数。此外，该测量数据可以在低速下采集。然而，这样的解决方案确实引起若干缺点，对所采集的测量数据进行处理的质量产生不利的影响，并且使运行和维护成本居高。具体地，安装这样的结构仍然是一个复杂的过程，需要一个庞大的组装区。与飞机相比，直升机还具有较低的范围，同时具有高的燃料消耗。扫描大型地点因此仍然是艰苦和不完善的过程。此外，一个主要的缺点在于这样的事实，该“具有拉条(多个)的天线(多个)”结构趋于摆动，其重复发生且不可预测的振荡导致测量设备的姿态波动。在试图校正或减少所采集的测量数据的处理中的必然摆动现象时，多个传感器通常沿承载结构的圆周定位。然而，尽管增加了处理的复杂性，处理所采集的测量数据所得出的数据或地图可能被证明是不可靠的和不可用的。

此外，被反射并由形式为盘旋飞机或直升机的飞机承载的接收天线拾取的电磁波被再次反射离开拉条或离开机身、离开机翼结构或转动叶片——取决于所使用的飞机。这些后续的反射对所采集的测量数据的相关性具有强烈的负面影响。

目前并不存在有效和经济的解决方案，其允许以稳定和确定的姿态空中运送大围天线、即表面积大于几百甚至几千平方米的天线。

本发明纠正了已知解决方案中存在的大部分缺点。

发明内容

受到由小飞机——轻型且经济，尤其是与被电磁环围绕的飞机相比——拖曳广告横幅的技术的启发，本发明涉及一种被拖曳结构，其包括飞机、拖曳线缆和被拖曳设备，所述飞机通过所述拖曳线缆拉动所述设备。

完全掌握在轻型飞机起飞后连接广告横幅的技术。然而，广告横幅的通常几十平方米的尺寸比用于采集地球物理数据的天线的支承结构的尺寸小很多。此外，广告横幅在大致竖直的平面被拖曳，可能在飞行过程中发生波动。到目前为止，这种技术教导从未考虑过在空中测量采集的领域使用。这一教导实际上不被认可，或者甚至被认为是不适合且不能用于拖曳大型天线，而且该天线要在测量活动过程中维持稳定的、特别是水平的姿态。本发明使得可以通过提供一种拖曳连接装置来克服这些偏见，该拖曳连接装置具有自动姿态校正结构并具有特定且配合特别好的公空中连接件和母空中连接件。被拖曳的测量元件和飞机之间的电连接也可以通过空中连接件来实现。

在由本发明提供的许多优点中，可以举出以下：

-非常大尺寸的天线——例如测量数百或数千平方米——可以在轻型飞机起飞后连接到轻型飞机；

-被拖曳设备、天线或更广泛地由被拖曳设备承载的任何测量传感器可以在空中连接过程中自动联接到拖曳飞机的机载计算机；

-一个或多个测量传感器可以很简单地布置在支承结构上，该支承结构容易包装和展开，从而大大限制了根据本发明的被拖曳设备的组装和处理成本，即在所需硬件和人员方面比现有技术的过程便宜了十到二十倍；

-一个被拖曳设备，和因此可能由该设备承载的任何测量传感器，可以在根据本发明的被拖曳设备连接到由飞行中的飞机拉动的拖曳线缆时马上电连接并自动连接到飞机的机载计算机；

-具有大致竖直姿态的被拖曳设备，例如广告横幅，可以电连接到飞机以控制展示或用于采集由存在于被拖曳设备上的传感器递送的测量数据，特别是在水文勘探方面；

-轻型飞机是优选的，其在能量消耗方面很经济并具有大的动作半径，以使扫描一个地点的时间最小化，而同时最小化这一任务的成本；

-例如进行水文勘探时或甚至用于对岩崩建模时，宝贵的高精度测量数据可通过在悬崖附近维持竖直的电磁环网采集；

-例如勘探自然资源或甚至识别地下空洞时，宝贵的高精度测量数据可通过维持水平的电磁环采集；

-可以借助于根据本发明的被拖曳设备的姿态校正结构的作用来避免所采集的原始数据的任何改变或者用于校正现有技术测量传感器的波动姿态的任何复杂计算；

-可借助于一个或多个测量传感器、特别是发射和接收电磁波的天线远离飞机的事实避免飞机对根据本发明的被拖曳设备所采集的数据的任何负面影响，飞机在其后面几十米拉动被拖曳设备；

-已知方案的主要缺点之一(其中，运输机与空中天线相互作用或相互干扰，因此对飞机的多个测量的能力产生不利影响并因此导致配备有不同传感器的飞机需要多次飞过)可以如下来避免：通过允许被拖曳设备同时承载多个传感器，由此增加单次飞行过程中采集的测量数据的质量、数量和种类，从而缩减拖曳飞机的行程，并因此降低涉及扫描关注地点的任务的时间和成本。

为此，本发明涉及一种被拖曳设备，包括：

-母连接件，其设计成与用于飞机的拖曳线缆的远端的公连接件配合，

-牵引杆，其连结到母连接件，

-柔性支承结构，其在展开时是大致平面的，所述支承结构包括与牵引杆配合的紧固元件。

为了进行地球物理测量活动，特别是或者更一般地自动控制被拖曳支承结构的姿态，这种被拖曳设备还包括定位在母连接件与牵引杆之间的姿态校正结构，当被拖曳设备正在被飞机拖曳时，所述姿态校正结构自动地使支承结构保持在确定的姿态。

当根据本发明的设备用于沿岩石表面进行地球物理测量或甚至用于进行广告活动时，确定的姿态可以是大致竖直的。在这种情况下，姿态校正结构可以包括校正杆，其通过多个共面的牵引拉条连结到牵引杆，所述牵引拉条的各近端连接到校正杆并且各远端连接到牵引杆，牵引拉条的各长度及其到所述杆的各连接点关于所述杆共同的中线轴向对称。

作为替代，特别是用于承载水平测量传感器，所述支承结构的确定的姿态可以是大致水平的。然后姿态校正结构可以有利地包括校正杆，其每一端：

-通过具有相同的第一长度的第一牵引拉条与牵引杆的两端配合，

-通过具有相同的第二长度的第二牵引拉条与牵引杆的中间部分配合。

无论确定的姿态如何，该姿态校正结构可以布置成使得校正杆通过具有联接到校正杆的远端的连接拉条连结到母连接件，拉条的近端联结在一起并一起连接到连接线缆的远端，该连接线缆的近端连结至母连接件。

根据本发明的姿态校正结构还允许调节支承结构相对于拖曳线缆的相对高度。例如，连接拉条的各个长度可相互确定以使得在飞机拖曳被拖曳设备时校正杆自动地竖直定位，并随后保持竖直。此外，连接拉条的各个长度可以进一步被确定以限定支承结构的纵向轴线相对于连接线缆的远端的纵向轴线的相对高度。

为了使根据本发明的被拖曳设备的组装和维护轻松，校正杆可以包括具有开口的中空管状结构。连接拉条也可以包括相同的线，该线经所述开口连结到校正杆，以这种方式形成的连接拉条的各个长度通过使线打结或通过行程限制元件来确定。牵引杆也可以包括具有开口的中空管状结构。因此牵引拉条可包括相同的线，该线经所述开口连接到杆上，以这种方式形成的牵引拉条的各个长度通过使线打结或通过行程限制元件来确定。

为了在飞行过程中有利于平坦的姿态和抑制支承结构的拍动，支承结构可以由微穿孔气动缓冲织物构成。支承结构还可包括定位在牵引杆的对面的缓冲元件，该缓冲元件具有微穿孔结构。

为了进行测量活动，例如地球物理测量活动，所述支承结构可承载测量元件，该测量元件包括设计成用于发射电磁信号的一个或多个环的形式的天线。所述支承结构还可承载包括一个或多个传感器或探针的测量元件。

为了提供拖曳飞机和由被拖曳设备承载的测量元件之间的有线电通信，测量元件可以被连接到有线通信总线，该总线的近端与一个或多个电接头形式的母连接件配合。

为了通过被拖曳设备采集测量数据，支承结构可承载用于接收电磁信号的天线。替代地或附加地，姿态校正结构可以承载用于接收电磁信号的天线。

为了提供飞机和由被拖曳设备承载的用于接收电磁信号的天线之间的电通信，天线可连接到有线通信总线，该总线的近端包括一个或多个电接头并与母连接件配合。

为了承载这样的有线通信总线，连接线缆可环绕所述通信总线的近端。作为替代，连接线缆可以由纤维结构构成，通信总线的近端与线缆的纤维一起编织。

为了将被拖曳设备与拖曳线缆的钩部连接，母连接件可以具有中空锥形结构。母连接件的锥形结构的外壁还可包括设计成接受连接线缆的近端的端部或头部的套筒，所述近端布置成封闭的环的形式。

作为替代，母连接件可包括具有两个板的V形构件和设计成接受连接线缆的近端的端部或头部的套筒，所述近端布置成封闭的环的形式，并且所述板被连接到套筒。

为了提供电连接，电接头可从V形构件的板的内壁伸出，该内壁是电介质/介电的(dielectric)。

此外，母连接件还可以包括用于连接张紧线缆的元件。

替代地或附加地，母连接件可以包括从锥形结构的内壁伸出的电接头，该内壁是电介质。

为了使用根据本发明的被拖曳设备，本文提供了用于飞机的拖曳线缆，其具有包括公连接件的远端，公连接件具有设计成与被拖曳设备的母连接件配合的支柱。

为了确保飞机和根据本发明的被拖曳设备之间的电通信，支柱可以是锥形的，包括从锥体的介电外壁伸出的电接头，其中所述电接头包括由拖曳线缆承载的通信总线的远端。电接头可以包括分开的同心的环。

根据第二实施例，根据本发明的公拖曳线缆连接件还可包括活动地安装在拖曳线缆的远端的钩部。踵部可以固定地安装在拖曳线缆的远端。通过这样的布置，支柱可以是包括两个板的V形构件，V形构件的顶点连接到钩部使得踵部在拖曳线缆的牵引下能在构件内滑动，直到其抵靠所述构件的内部顶点。

根据第三实施例，公连接件可以包括活动地安装在拖曳线缆的远端上的钩部和固定地安装在拖曳线缆的远端的踵部。支柱可以由包括两个板的V形构件构成，所述V形构件的外部顶点形成钩部，使踵部能在拖曳线缆的牵引下在构件内滑动，直到其抵靠构件的内部顶点。

根据这最后两个实施例，为了实现电连接，所述构件可包括从构件的板的介电外壁伸出的电接头，其中电接头包括由拖曳线缆承载的通信总线的远端。

为了在将被拖曳设备连接到飞机的阶段期间防止机械故障或电子故障的任何风险，根据本发明的拖曳线缆的公连接件可以包括连接缓冲器。当被拖曳设备和拖曳线缆的配合的连接件相互接合时，该元件吸收拖曳线缆的一部分牵引力。

根据第二和第三实施例，这样的连接缓冲器可以包括具有固定地安装在公连接件的踵部上的缸的气动或液压致动器。活塞则可固定地安装在公连接件的钩部上。

为了控制和/或调节致动器的吸震能力并减小飞行中的被拖曳设备的重量，致动器的缸可以用流体预先填充。缸体还可以包括一个或多个开口，压缩流体在活塞的作用下经该开口排出。

本发明还涉及任何被拖曳结构，其包括飞机、拖曳线缆和被拖曳设备，其中所述飞机通过拖曳线缆拉动所述被拖曳设备，所述拖曳线缆的公连接件与所述被拖曳设备的母连接件配合，并且公和母连接件是根据本发明的公和母连接件。

飞机还可包括用于产生和解释/翻译电磁信号的计算机，所述信号通过通信总线传送并通过由被拖曳设备承载的测量元件发射和接收。

最后，本发明涉及特定连接区域，其允许根据本发明的被拖曳设备在飞行中连接到飞机。当被拖曳设备的连接线缆的近端形成封闭的环、该环的头部连接到被拖曳设备的母连接件时，这种连接区域包括定位成三角形的三个柱。形成三角形的底边的两个柱包括用于接收连接线缆的近侧部分的各个绳股的连接部或引导部。在三角形的顶点处的柱则接收牵引线缆的近端。

附图说明

其它特征和优点将通过阅读以下涉及通过非限制性说明的方式给出的示例性实施例以及通过学习附图而更加显而易见，在附图中：

-图1a和1b示出了根据本发明的使用拖曳线缆拉动分别处于水平和竖直姿态的被拖曳设备的飞机；

-图2示出了根据本发明的被拖曳设备，其设计成具有在飞行期间大致水平的稳定的姿态；

-图3a和3b分别示出了在起飞阶段和随后在飞行阶段中根据本发明的设备的姿态校正结构，该姿态校正结构设计成在测量活动期间维持大致水平的姿态；

-图3c示出了根据本发明的被拖曳设备在水平姿态的简化侧视图；

-图4示出了根据本发明的被拖曳设备，其包含姿态校正结构以使设备的支承结构保持竖直；

-图5示出了根据本发明的被拖曳设备的连接区域；

-图6a和6b分别以俯视图和仰视图示出根据本发明的被拖曳设备的母连接件的第一实施例；

-图7a和7b示出了根据本发明的拖曳线缆的公连接件的第一实施例；

-图7c和7d示出了根据本发明的拖曳线缆的公连接件的第一实施例的替代形式，该公连接件包括连接缓冲器并设计成与图6a和6b中示例性地示出的母连接件配合；

-图6c示出根据本发明的被拖曳设备的母连接件的第二实施例；

-图7e示出了根据本发明的拖曳线缆的公连接件的第二实施例，该公连接件包括连接缓冲器并设计成与图6c中示例性地示出的母连接件配合；

-图8示出了根据本发明的在被拖曳设备已经联接到拖曳线缆之后公连接件和母连接件之间的配合。

具体实施方式

图1a简化示出了根据本发明的被拖曳结构，其中飞机P——例如设置成拖曳广告横幅的飞机——通过几十米长的拖曳线缆60拉动根据本发明的第一实施例的被拖曳设备1。这种设备主要包括支承结构30，该支承结构在展开后是大致平坦的，承载着测量传感器31，例如发射电磁波的天线。为了采集相关地球物理测量数据，这样的被拖曳设备1包括设计成使支承结构30保持大致恒定和水平的姿态的姿态校正结构10。这样的结构10将根据优选实施例结合图3a至3c更详细地说明。

同样，图1b简化示出了根据本发明的被拖曳结构，其中飞机P——例如设置成拖曳广告横幅的飞机——通过几十米长的拖曳线缆60拉动根据本发明的第二实施例的被拖曳设备1。与前一被拖曳设备相似，根据图1b的设备主要包括支承结构30，该支承结构在展开后是大致平坦的，承载着测量传感器31，例如发射电磁波的天线。例如为了沿着悬崖采集相关的地球物理测量数据，这样的被拖曳设备1包括设计成使支承结构30保持大致恒定和竖直的姿态的姿态校正结构10。这样的结构10将根据优选实施例结合图4更详细地说明。

根据本发明的被拖曳结构的这两个实施例避免了飞机P对通过存在于支承结构30上的测量元件31所采集的测量数据产生任何相互作用或影响，因为该支承结构被拖曳在飞机后面几十米远。

图2是根据本发明的被拖曳设备1的更详细的视图。

被拖曳设备包括设计成与用于飞机的拖曳线缆的远端的公连接件(或钩子)配合的母连接件40，公连接件在图2中未示出。

这种被拖曳设备1包括展开时大致平坦的柔性支承结构30。结构30可以包括织物，或甚至织物的组件，该织物可以是微穿孔的。这种类型的材料特别用来形成特定被拖曳广告横幅的主体。考虑到被拖曳的支承结构30的表面面积可能高达几百平方米，这样的织物可以被选择成具有特定数量的特征，其中非详尽地包括高度防撕裂和配置成在飞行过程中抑制支承结构30振荡/拍动的结构。优选地，可以使用具有空气动力缓冲功能的织物。下面描述的支承结构30的构型是大致四边形、具体是矩形。然而，该结构30同样可以具有其它平坦几何形状，例如圆盘、三角形等。

参照图2，支承结构30形成平坦的矩形，长度为40至60米和宽度为15至25米，其近侧部分30p附接到牵引杆20。牵引杆的长度大致是支承结构30的近侧部分30p的前缘的宽度。例如，所述近侧部分可包括一系列开口，该开口优选地例如通过金属孔眼加强。牵引杆20可以是中空的圆柱形结构，优选具有卵形的横截面，该横截面双凸且对称以便显示出锥形的尾缘。尾缘可以包括与支承结构30c的近侧部分中的开口对齐的开口。紧固件21，例如绳索或线缆，将牵引杆锚定到支承结构30的近侧部分30p。作为替代，牵引杆可以是实心的，并包括伸出的环，紧固件接合到所述环中。连接件21也可以包括相同的线，将牵引杆中的开口束紧到支承结构的近侧部分30p的开口。根据第三实施例，支承结构的近侧部分30p包括设计成容纳牵引杆20的套筒。可以设想牵引杆与支承结构30的近侧部分之间的任何其它连结方式。当根据本发明的被拖曳设备被存储或打包时，支承结构30可以被卷起、折叠、收拢以减小体积。在支承结构30的近侧部分30p具有弯曲的或V形的前缘的情况下，牵引杆20可同样具有弯曲的或V形的形状。作为替代，所述牵引杆可以大致维持直线圆柱体的形式。在这种情况下，紧固件21提供支承结构30与牵引杆20之间的连接，使得支承结构30的纵向轴线与牵引杆20的中线重合。

为了使根据本发明的被拖曳设备1在该被拖曳设备已经通过设置有对应于公连接件的钩子的连接线缆连接到飞机之后保持在稳定的和预定的姿态，该被拖曳设备可包括连结到牵引杆20并插入母连接件40的姿态校正结构10。将具体结合图3a至3c和图4更详细地讨论这种姿态校正结构的构造。校正结构10可包括大致圆柱形的校正杆11，其结构可以与牵引杆的结构相同或相似。姿态校正结构10借助于多个牵引拉条12a、12b通过线缆连接方式被连结到牵引杆20。校正杆11自身可以由一个或多个连接拉条13a的线缆连接部被连结到母连接件40。根据结合图2所述的示例，接收电磁波的天线可被定位在牵引拉条12a和12b的网状结构内。该天线也可以通过任何其它方式附接到校正结构10。作为替代，其可以如天线31一样由支承结构30承载。支承结构可以另外承载多个发射和/或接收天线31a、31b或者甚至其它测量传感器32诸如高度计或无线电高度计以完成测量活动。传感器31、32可以通过任何方式例如通过缝合、粘接、压接等固定到支承结构30的上表面和下表面。天线31也可以是在形成支承结构30的非导电纤维之间编织导电纤维的结果。可替代地，天线可以由导电金属例如铝的一个或多个条带粘结到支承结构30而形成。这样的条带——优选地厚度小——降低了该结构的重量。

根据图2，支承结构30、更具体地其远端30d可承载例如形式为一个或多个三角形的一个或多个尾部30a。这些尾部30a可以通过任何方式如缝合或紧固件被固定到远端30d。作为替代，支承结构30的远端和尾部可以由单一元件构成。优选地，尾部30a可以包括或由一个或多个微穿孔织物或具有空气动力缓冲特性的任何其它材料构成。被拖曳设备在尾部30a的作用下摆动较少。根据一个优选实施例，由其制成支承结构30的主要织物是特别轻的。该织物的单位表面面积的质量可以为大约50g/m²至80g/m²。该织物还可以是微穿孔的，穿孔大约为0.20mm至0.40mm。类似的织物构造可以用于尾部30a。其单位表面面积的质量可以类似于主要织物的单位表面面积的质量。该织物可以是微穿孔的，穿孔例如大约为0.30mm至0.50mm。被拖曳设备的重量相对于它的尺寸特别小。这尤其在飞越人口密集区域时提供了安全边际/裕度(margin of safety)，并且不以任何方式损害飞机的飞行能力。

图3a、3b和3c更详细地示出了根据本发明的被拖曳设备的姿态校正结构10的优选实施例。图3a示出了当被拖曳设备在地面上、等待被附接到飞机P时的结构。图3b和3c——分别是透视图和纵向剖面图——示出了被拖曳设备1正在被飞机P拖曳时的同一结构。通过这些图3a至3c示出的布置使得支承结构30以及因此被承载的一个或多个传感器(在这些图中未示出)采取稳定和水平的姿态。

根据本实施例，支承结构为大致矩形，其近侧部分30p具有大致直线的前缘。这个前缘被连接到大致圆柱形的牵引杆20，牵引杆的长度大致等于前缘的长度。根据图3a，将牵引杆锚定到支承结构30的紧固件21有利地由将两个结构20和30束紧在一起的单个线构成，线的端部被分别系紧到牵引杆20的两个端部20i。牵引杆可以成形为例如具有卵形的横截面以允许其在空气中更容易地移动。姿态校正结构10可包括配置成类似于牵引杆的配置的校正杆11。这种校正杆11可以是圆柱形的，并且其横截面可以成形为允许其在空气中更容易地移动。每个端部11i通过具有相同的第一长度L12a的第一牵引拉条12a连接到牵引杆20的两个端部20i。校正杆11的每个端部11i还通过具有相同的第二长度L12b的第二牵引拉条12b连接到牵引杆20的中间部分20c。第一长度L12a由标记在拉条12a上的符号“/”示意性地指出。同样地，第二长度L12b由标记在拉条12b上的符号“//”示意性地指出。

校正杆11通过多个连接拉条被连结到母连接件(在图3a、3b和3c中未示出)。例如，结合图3a至3c，提供了五个连接拉条13a、13b、13c、13d和13e，具有各自的远端13ad、13bd、13cd、13dd和13ed，所述远端连接到校正杆11；在本示例中，所述远端沿着杆、即从其端部11i向其中间部分11c分布。连接拉条的近端13ap、13bp、13cp、13dp和13ep自身优选地在点14d联结在一起并一起连接到连接线缆14的远端14d，其近端14p承载母连接件。连接拉条13a、13b、13c、13d和13e的各自的长度L13a、L13b、L13c、L13d和L13e相互确定，使得所述校正杆11被自动地垂直定位，当被拖曳设备在被飞机拖曳时则保持竖直，如图3b和3c所示。为了有利于校正杆的竖直定位，校正杆可包括配重。因此，端部11i中的一个可以比第二端部更重。如果校正杆11是中空的，配重也可以被可移动地安装在所述杆内部，以便它在下端11i附近自动地定位自身。根据本发明布置的连接拉条允许显著减少配重。

此外，连接拉条的各个长度L13a、L13b、L13c、L13d和L13e被确定成提供支承结构30的纵向轴线相对于连接线缆14的远端14d的给定的相对高度A30，如图3c中的侧视图所示。因此，可以将支承结构30保持在由通过被拖曳设备的运动产生的相关的风形成的翼面中。因此，支承结构的高度被良好地稳定住。

具体地，如果连接拉条的长度使得拉条关于杆11的中线对称，则高度A30是零。相反，如图3c所示，如果长度L13a、L13b、L13c、L13d和L13e使得拉条13a最短且拉条13b、13c、13d和13e长度逐渐增大，那么结构30的高度比连接线缆14的高度低。支承结构30的纵向轴线的相对高度可以因此被相对于连接线缆14的远端14d调节，而杆11保持大致竖直。

考虑到连接拉条的相应长度L13a、L13b、L13c、L13d和L13e以及牵引拉条的那些长度L12a和L12b，在飞机P的牵引下，校正杆11自动地立起来成竖直位置，并且牵引杆也自动地将其自身定位成水平位置，相对于连接线缆、因此相对于拖曳线缆、并最终相对于飞机P具有给定的相对高度A30的姿态。

类似紧固件21，连接拉条和/或牵引拉条可以包括不同的线或线缆。它们还可包括单个连接线13和/或单个牵引线12，这些线通过杆中制成的开口连结到校正杆和/或牵引杆20，所述杆具有中空的管状结构或甚至包含伸出的紧固点(或环)。连接拉条13a、13b、13c、13d、13e的各个长度L13a、L13b、L13c、L13d、L13e和/或牵引拉条12a和12b的长度L12a和L12b可通过使线13和12打结或通过使用定位在线上的行程限制元件而被精确地确定。根据结合图3a至3c所述的示例，牵引杆的长度在二十米的数量级。校正杆可以较短，例如为大约四至六米。所有其它尺寸可根据待拖曳的支承结构30的大小进行调整。

图4示出了根据本发明的用于校正被拖曳设备的姿态的结构10的第二优选实施例。图4示出被拖曳结构，其中支承结构30以及因而被承载的一个或多个传感器(图4中未示出)具有稳定和竖直的姿态。根据本实施例，支承结构30是大致矩形并且其近侧部分30p具有大致直线的前缘。这个前缘包括其中插入一大致圆柱形的牵引杆20的横套筒，该横套筒的长度大致等于所述前缘的长度。作为替代，如结合图3a所描述的示例中，牵引杆20可以通过紧固件21连接到前缘30p，有利地包括使两个元件20和30“束紧”到一起的单个线。线的端部被分别系紧到牵引杆20的端部20i。牵引杆可以成形为、即可具有卵形横截面，改善其空气动力特性。

姿态校正结构10包括校正杆11，其构造类似于牵引杆20的构造。该结构可以是圆柱形并且其横截面可以成形为用于改善空气动力特性。校正杆11借助于多个共面的牵引拉条12a、12b、12c、12d、12e、12e'、12d'、12c、12b'、12a'经套筒30p中形成的适合的开口连结到牵引杆20。拉条的各自的远端连接到校正杆11并且各自的近端连接到牵引杆20。牵引拉条的各个长度以及它们连接在杆11和20上的相应的点关于各杆共用的中线M轴向对称。因此，牵引拉条12a、12b、12c、12d和12e的长度L12a、L12b、L12c、L12d和L12e分别等于牵引拉条12a'、12b'、12c'、12d'和12e'的长度L12a'、L12b'、L12c'、L12d'和L12e'。根据优选的结构示例，牵引杆20和校正杆11各自长度为二十米和五米。因此杆20和11被对齐并且平行。

类似于结合图3a、3b和3c所述的实施例，校正杆11通过多个连接拉条连结到母连接件(图4中未示出)。例如，结合图4，提供了五个连接拉条13a、13b、13c、13d和13e，其远端13ad、13bd、13cd、13dd和13ed沿校正杆11连接在其端部11i之间。连接拉条的近端13ap、13bp、13cp、13dp和13ep优选在点14d联结在一起并一起连接到连接线缆14的远端14d，其近端14p承载母连接件。连接拉条13a、13b、13c、13d和13e的各个长度L13a、L13b、L13c、L13d、L13e相互确定，使得当被拖曳设备被飞机P拉动时校正杆11自动地竖直定位并且然后保持竖直，如图4所示。另外，连接拉条的各个长度L13a、L13b、L13c、L13d和L13e被确定成用于限定支承结构30的纵向轴线、即中线M相对于连接线缆14的远端14d的给定的相对高度A30，如图4的侧视图所示。

具体地，如果连接拉条的长度被确定用于实现关于杆11的中线M的对称，则高度A30将为零。相反，如图4所示，如果长度L13a、L13b、L13c、L13d和L13e使得拉条13a为最短并且拉条13b、13c、13d和13e的长度逐渐增大，那么支承结构30的平均高度、即中线M的高度比连接线缆14的高度低。可因此这样调整支承结构30的纵向轴线相对于连接线缆14的远端14d的相对高度，同时保持所述杆11大致竖直。

考虑到连接拉条的各个长度L13a、L13b、L13c、L13d和L13e以及牵引拉条的那些长度L12a、L12b、L12c、L12d、L12e、L12e'、L12d'、L12c、L12b'、L12a'，在飞机P的牵引下，校正杆11自动地立起来成竖直位置。牵引杆也自动地将其自身定位成竖直位置，相对于连接线缆、因此相对于拖曳线缆、并最终相对于飞机P具有给定的相对高度A30的姿态。如图4中示例性示出，天线34或更一般地测量传感器可被附接到牵引拉条。

图5示意性示出了根据本发明的用于被拖曳设备1的特定连接区域。为了简单起见，仅示出连接线缆14的近端14p。该近端包括从点14f延伸的闭环。环路14p的端部或头部承载连接件40。如以举例的方式并在图6a中详细示出，这些元件可以有利地包括中空的锥形结构43，其外壁43e包括套筒44，设计成接受连接线缆14的近端14p的端部或头部。作为替代，此母连接件可以根据图6c所示的第二示例配置，由此套筒44接收具有优选梯形的两个侧板43a和43b的V形构件43。这样的母连接件40被设计成容纳一钩子，例如结合图7e所示的公连接件50的钩部或刺58a，或者更一般地，被飞机拉动的拖曳线缆的公连接件。这样的配合将在后面结合图8详细说明。连接方向D在图5中由箭头指示。为了执行连接阶段，本发明提供了连接区域，三个柱71、72和73以三角形定位在连接区域中。因此前两个柱形成虚拟三角形的底边。它们用于在连接线缆14的近端展开闭环的绳股14p。柱71和72因此包括可去除的导向件或紧固件以保持所述绳股14p。柱73，在三角形的顶点，接收张紧线缆73a，其远端连结到连接件40。在虚拟三角形的底边后面，连接电缆14被摊开在地面上，可以盘绕。支承结构30(在图5中未示出)可以收拢以减小体积。校正杆和牵引杆搁置在地面上。在连接时，绳股14p自身与柱71和72自动分离。优选地至少在其端部之一装配有可移除的紧固件，张紧线缆73a与柱73分离和/或与母连接件40分离。作为替代，柱73可以包括可移除的紧固件，使其自身与张紧线缆73a分离。被拖曳设备1因而起飞，由拖曳线缆拉动。姿态校正结构采用其工作配置，被拖曳设备的支承结构被展开。

根据本发明的被拖曳设备可在许多应用中使用。例如，出于广告目的或展示对象，可能有必要以稳定和确定的姿态拖曳被动的支承结构。对于这些相同的应用，尤其是对于采集地球物理测量数据，有源元件、即需要电源和通信通道的元件可以通过支承结构或者甚至由姿态校正结构承载，如图2所示。活动和通信的元件，例如显示器、扬声器或传感器，可以设置有其自己的电源。作为替代，它们可以与远程源例如光伏电池配合，同样由支承结构30承载。有源元件可以使用无线协议彼此通信或与飞机通信。考虑到可通过由支承结构承载的天线31发射任何电磁辐射，可能的是，这样的无线协议可以是无关紧要的。可以提供一个或多个通信和电源总线以承载功率、从飞机向被拖曳设备传递讯息和测量数据，反之亦然。因此，可以从飞机P机载计算机向由支承结构30承载的有源元件31、32发送请求。相反，这种总线允许所述计算机采集并随后处理由有源元件取得的测量数据。沿支承结构延伸或甚至沿着一部分拉条延伸的总线没有技术困难。电线或导体可通过任何元件固定：缝合、粘接、编结等。另一方面，考虑到来自将被拖曳设备通过拖曳线缆连接到飞行中的飞机上的阶段的应力和机械力的幅值，建立飞机和被拖曳设备之间的电连接是一件复杂的事情。本发明克服了这些技术困难。

在这方面，图6a、6b或6c示出了母连接件40，其提供与公连接件的例如后面参照图7a至7e以示例方式示出的物理和机械两种连接，以及电连接。在这方面，并根据结合图6a和6b所述的第一实施例，连接件40的中空锥形结构43的内壁43i由一种或多种介电材料制成。它包括多个伸出的电接头41、42。这些接头可以优选地沿着从锥形结构43的基底朝向顶点的列定位。如图6b所示，该图是元件40的从下方观察的视图(和/或剖视图)，每一个接头41、42被连接到电接头或电线33、35的远端，该组电线形成电通信总线。电线33、35随后被连接线缆14引导。线缆可环绕所述通信总线33、35。作为替代，连接线缆14可以包括纤维结构。通信总线33、35的近端因此可以与线缆14的纤维交织。可以例如将与接头41关联的第一组导体33设置到下行线路，即从飞机机载计算机到发射天线通信。这则被称为下行总线。同样，与接头42关联的第二组导体35专用于上行线路，即从由被拖曳设备承载的接收天线到飞机的机载计算机的通信。这则被称为上行总线或上行通信总线。

图7a和7b示出了用于飞机的由拖曳线缆60承载的公连接件50的第一实施例。该公连接件50被设计成与根据本发明的被拖曳设备1的母连接件40相配合，如图8中以示例方式示出。公连接件50可包括优选具有锥形的支柱50h，其连接到拖曳线缆60的远端60d。优选地，线缆60的远端60d连接到锥体的基底。这两个元件可通过任何方式被压接或固定到一起，使得锥体50h被牢固地安装在线缆60的远端60d上，并能承受在拉动被拖曳设备时涉及的牵引力之后的连接力。在被拖曳设备包括与飞机通信的有源元件的情况下，拖曳线缆60、因此支柱50h被设计成承载一个或多个通信总线53和/或54。这种总线包括容纳在元件60和50中的一个或多个电导体。作为替代，导体53和/或54可以由线缆60引导，导体简单地沿线缆附接。优选地，拖曳线缆包括直线形式的芯，其目的是承受牵引的张力，还包括围绕所述芯和电导体的护套。上行总线53和/或下行总线因此可以可靠地承载。所述总线53和54通过母连接件40和公连接件50分别连接到如结合图6b所述的通信总线33和35。为此，支柱50h包括从支柱50h的介电外壁伸出的电接头51和/或52。电接头体现由拖曳线缆承载的通信总线或多个总线的远端。优选地，电接头51和52由分开的同心环构成。无论锥形支柱50h在被插入母连接件40时的取向如何，这样的布置保证了母连接件的接头41和42与支柱50h的接头51和52之间的可靠的配合，如图8所示。

考虑一个被拖曳结构，类似结合图1a或1b描述的那个。如图5以示例方式示出，在将被拖曳设备1连接到飞机P的阶段过程中，飞机P的地面速度接近150km/h。虽然通常飞机P急剧拉起以降低地面速度，但该地面速度仍然超过100km/h。当连接线缆14在属于拖曳线缆60的公连接件50后收紧、进入属于被拖曳设备1的母连接件40时，机械应力非常强并且被传递到整个被拖曳结构，这具有引起机械故障的风险。特别设计成用于采集地球物理测量数据的被拖曳设备的异常尺寸加剧了这一现象，这种尺寸达到几百或甚至几千平方米。

因此本发明提供了包括连接缓冲器的公连接件，其目的是伴随连接运动同时对其进行缓冲。被拖曳结构的机械部件或零件，即，非详尽地，线缆、拉条、杆因此免于故障。作为替代或附加地，被拖曳设备的连接线缆14包括连接缓冲器。

图7c和7d描述了公连接件的第一示例性实施例，与先前结合图7a和7b所述实施例相似。公连接件50的形式可以为锥形支柱50h。锥体包括纵向内部通道，该通道在锥体50h的顶点和基底具有开口。锥体因此可以安装成能够沿拖曳线缆60移动。拖曳线缆的远端60d可通过轴向螺旋弹簧55或执行同等功能的任何其他元件连结到锥体50h的基底。弹簧55被约束在加宽或具有端部止挡部的线缆60的远端和定位成抵靠锥形基底的环56之间。连接之后，当锥体50h配合被拖曳设备的母连接件40时，弹簧55压缩，从而吸收连接负载或拉动被拖曳设备的拉力的一部分。在被拖曳设备包括与拖曳飞机通信的有源元件的情况下，拖曳线缆60和因此支柱50h设计成承载连接到同心导电接头51和52的一个或多个通信总线53、54，如先前结合图7a和7b所述。

本文提供第二示例性实施例用于由拖曳线缆的远端60d承载的公连接件50，其包含连接缓冲器。

这种布置结合图7e进行描述。公连接件50包括钩部或刺58a，其安装成能够沿着拖曳线缆60的远侧部分移动。线缆60的远端60d被固定到或内置到踵部58b。钩部58a被连接到或包括具有优选为梯形的两个板50a和50b的支柱50h，其形成V形件，该V形件的顶点背离线缆60的远端60d并连结到钩部58a或形成钩部的一部分。包括板50a和50b的支柱50h因此是中空的，允许踵部58b在拖曳线缆60的牵引下在其中滑动，直到踵部58b接触支柱50h的内部顶点。为了当公连接件50配合被拖曳设备的连接件40时减慢踵部58b的行进并因此吸收被拖曳设备的连接力，钩部58a通过气动或液压致动器连结到踵部58b。其缸55a优选连接到踵部58b。然后致动器的活塞55b连接到钩部58a。当踵部58b朝向钩部58a移动时，活塞压缩容纳在缸55a中的气体或流体。在一个实施例中，该缸被充填有水，足以提供所需的吸收作用。致动器的缸可包含一个或多个小的开口或阀，使得在活塞55b在缸55a中行进期间排出被压缩的水。水可用任何其它流体来替代。但是，水确实具有被排出时不出现任何污染风险的优点。在行程的结尾，缸55a的腔室是空的，因而降低了连接件50的重量。缸55a将被重新填充以用于下次连接被拖曳设备。

类似于先前结合图6a至6d所述的连接件50，结合图7e所述的元件50还可以包括电接头51和52，形成穿过拖曳线缆延伸的通信总线的远端。这些接头可定位在板50a和50b的外壁50e上。在这种情况下，外壁50e优选是电介质/介电的。

为了与这种结合图7e所述的公连接件50配合，本发明提供了母连接件40的第二实施例，例如结合图6c所述的元件40。母连接件40总的与结合图6a和6b所述的那些相似。但是，它们在构件43的构造上不同。该构件构造成大致类似于图7e所述的包括元件50的板50a和50b的构件。两个板43a和43b，或至少其外壁43e连接到套筒44。所述套筒连接到牵引线缆14的近端14p。因此通过板43a和43b形成V形件，其顶点也可以连接到套筒44，该V形件设计成接收钩部58a，随后接收公连接件50的板50a和50b。套筒44和构件43可以是整体的，或者作为替代，它们可以通过任何方法，例如通过缝合、粘接、焊接被连接。如果连接件40和50也应确保电连接，板43a和43b的内壁43i可包括具有用于接触先前所述连接件50的接头51、52的相应触片的电接头。踵部58b在板50a和50b内的动作引起所述板的远侧部分分开，进而产生抵靠母连接件40的电接头42、42的接触力。连接线缆14——其近端14p连接至套筒44——进而施加一导致板43a和43b的远端更靠近彼此移动的力。这则确保了元件40和50的电接头之间的电连接。

通过飞机经拖曳线缆对被拖曳设备的牵引因此使连接件50牢固地保持在母连接件40内。此外，连接件40和50可设置有用于在被拖曳设备已连接之后锁定它们的相互配合的装置。

此外，如结合图6a、6b、6c、7a和7b例举的母连接件40和公连接件50的实现机械和/或电连接的能力可以甚至当被拖曳设备不具有姿态校正结构时使用以用于通过飞机拖曳被拖曳设备。这对于结合图7c、7d和7e例举的用于拖曳无源的被拖曳设备、即不要求电连接和/或不具有姿态校正结构的拖曳线缆的公连接件的连接缓冲能力同样正确。

根据本发明的被拖曳结构因而包括飞机P、拖曳线缆60和被拖曳设备1，飞机通过拖曳线缆拉动被拖曳设备。这种被拖曳结构已通过与地球物理测绘领域相关的优选应用进行描述。根据本发明的被拖曳设备的支承结构的尺寸达到一迄今为止无以伦比的空中表面积以用于承载传感器，该传感器在一个、同一个采集飞行期间使得可以通过测量感应电磁场的振幅和相位(使用FDEM或频域电磁感应)以及通过测量感应电磁脉冲的衰减时间(使用TDEM或时域电磁感应)在频域取得底土电磁读数。被检测的底土地层的深度被关联到所承载的发射及接收天线的尺寸。因而本发明使得可以对例如山区中的极扭曲地形进行准确且实用的勘探。

然而，根据本发明的被拖曳设备可以是完全无源的，即在拖曳飞机P与被拖曳设备1之间不需要任何电连接。在有源配置中，即被拖曳设备1需要与飞机P上机载的计算机进行电气通信的配置中，根据本发明的被拖曳结构可以在所有其它的应用，例如在地理信息、空中广告或空中监视中使用。

所述飞机可以是轻型飞机。

所述被拖曳结构可替代地包括直升机或能够拉动被拖曳设备的任何其它飞行实体。

Claims (26)

1.一种机载地球物理勘探设备，包括具有几百平方米的表面面积的电磁天线，所述电磁天线包括由具有几百平方米的表面面积的支承结构承载的一个或多个环，并且被构造成通过拖曳线缆在飞机后面被拖曳，其中，所述支承结构是柔性的并且在被牵引时可展开，并且在展开后大致是平的。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述支承结构的长度介于40米和60米之间并且/或者宽度介于15米和25米之间。

3.根据权利要求1或2所述的设备，包括：

-牵引杆，

-用于将支承结构紧固到牵引杆上的装置，

-用于连接到拖曳线缆的连接元件，和

-姿态校正结构，其包括连接到所述连接元件的姿态校正杆和将姿态校正杆连接到牵引杆的牵引拉条。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述姿态校正结构被构造为赋予所述牵引杆和所述支承结构水平姿态，并且包括分别将姿态校正杆的第一端连接到牵引杆的两个相对端并将姿态校正杆的第二端连接到牵引杆的两个相对端的牵引拉条。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述姿态校正结构还包括分别将姿态校正杆的第一端连接到牵引杆的中间部分并将姿态校正杆的第二端连接到牵引杆的中间部分的牵引拉条。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，包括将姿态校正杆连接到所述连接元件的连接拉条。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，连接拉条相对于姿态校正杆的中线各自具有不同的长度，使得当所述设备被拉动时姿态校正杆自动地竖直定位并且在该中线的高度处保持竖直，该高度低于连接元件的高度。

8.根据权利要求3-7中任一项所述的设备，其中，姿态校正杆包括配重以确保或有利于姿态校正杆的竖直定位。

9.根据权利要求3-8中任一项所述的设备，包括在连接元件内的电接头。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的设备，其中，所述支承结构包括微穿孔气动缓冲织物。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的设备，其中，所述支承结构包括具有微穿孔结构的尾部缓冲元件。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的设备，其中，所述支承结构承载一个或多个传感器或探测器。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的设备，其中，所述支承结构承载用于接收电磁信号的天线。

14.一种利用具有几百平方米的表面面积的电磁天线进行机载地球物理勘探的方法，所述电磁天线包括由具有几百平方米的表面面积的支承结构运送的一个或多个环，被构造成通过拖曳线缆在飞机后面被拖曳，所述方法包括提供柔性支承结构的步骤，所述支承结构在被牵引时可展开，并且在展开后大致是平的。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述支承结构设置有介于40米和60米之间的长度和/或介于15米和25米之间的宽度。

16.根据权利要求14或15所述的方法，包括提供下列部件的步骤：

-牵引杆，

-用于将支承结构紧固到牵引杆上的装置，

-用于连接到拖曳线缆的连接元件，和

-姿态校正结构，其包括连接到所述连接元件的姿态校正杆和将姿态校正杆连接到牵引杆的牵引拉条。

17.根据权利要求16所述的方法，包括将所述姿态校正结构构造为赋予所述牵引杆和所述支承结构水平姿态，以及提供分别将姿态校正杆的第一端连接到牵引杆的两个相对端并将姿态校正杆的第二端连接到牵引杆的两个相对端的牵引拉条。

18.根据权利要求17所述的方法，包括在姿态校正结构中提供分别将姿态校正杆的第一端连接到牵引杆的中间部分并将姿态校正杆的第二端连接到牵引杆的中间部分的牵引拉条。

19.根据权利要求16-18中任一项所述的方法，包括提供将姿态校正杆连接到所述连接元件的连接拉条。

20.根据权利要求19所述的方法，其中连接拉条被设置为相对于姿态校正杆的中线各自具有不同的长度，使得当所述设备被拉动时姿态校正杆自动地竖直定位并且在该中线的高度处保持竖直，该高度低于连接元件的高度。

21.根据权利要求16-20中任一项所述的方法，包括在姿态校正杆中设置配重以确保或有利于姿态校正杆的竖直定位。

22.根据权利要求16-21中任一项所述的方法，包括在连接元件内设置电接头。

23.根据权利要求14-22中任一项所述的方法，其中，所述支承结构被制造成包括微穿孔气动缓冲织物。

24.根据权利要求14-23中任一项所述的方法，包括在所述支承结构的尾部设置具有微穿孔结构的缓冲元件的步骤。

25.根据权利要求14-24中任一项所述的方法，包括提供由所述支承结构承载的一个或多个传感器或探测器的步骤。

26.根据权利要求14-25中任一项所述的方法，包括提供由所述支承结构承载的用于接收电磁信号的天线的步骤。