CN219641910U - 一种无人机磁场矢量测量精度系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种无人机磁场矢量测量精度系统，包括载机系统、辅助结构、航磁三分量磁力仪组成，所述辅助结构安装在载机系统上，所述载机系统下侧安装有航磁三分量磁力仪。本实用新型提供一种无人机磁场矢量测量精度系统，辅助支撑结构并不单一，可同时测量磁三分量数据及某方位磁梯度数据，不再需要常规总强度磁异常的转换计算来二次求取，可避免该转换过程中可能引入的误差。

Description

一种无人机磁场矢量测量精度系统

技术领域

本实用新型涉及物理勘探技术领域，尤其是一种无人机磁场矢量测量精度系统。

背景技术

基于无人机平台的航磁总场测量技术在近20年来得到了较大发展，国内外众多单位开发了大量的无人机航磁测量系统，采用无人直升机、固定翼无人机等机型搭载光泵磁力仪开展工作，取得了一定的应用效果。由于无人机平台具有环境适应性强、应用成本低、人员安全性高等优点，在地质调查、灾害监测、电力巡线等领域得到了广泛的应用。

目前，国内外从事航空物探的研究机构或单位主要是在固定翼或直升机上装载光泵磁力仪进行总场模量的测量，但由于磁场是一个空间矢量，标量测量方法无法获取磁场方向信息，只能部分反映目标体的磁场特征，降低了目标体参数计算精度，不利于后期的数据反演解释，对于剩磁较强的地区尤为不利。

而矢量磁测可同时测得地磁场模量大小和方向信息，可有效减少反演中的多解性，有助于对磁性体的定性和定量解释，提高地下矿体探测分辨率和定位精度，越来越受到地球物理学家们的关注。目前我国航磁矢量(三分量)测量工作还没有展开，国内一些研究机构如中国自然资源航空物探遥感中心、吉林大学等，只是在矢量磁测系统方面进行了预先研究工作。

总的来说，由于航磁三分量磁测技术在我国才刚刚起步，需要进一步研究、总结经验并扩大应用。磁异常三分量和垂向分量垂向梯度实测数据相对于常规总强度磁异常来说，在数据处理和应用方面具有如下优势。第一，三分量数据作为原始的一手数据，不再需要常规总强度磁异常的转换计算来二次求取，可避免该转换过程中可能引入的误差；第二，磁异常三分量数据仅仅与场源磁性参数如总磁化强度方向相关，应用过程中无需考虑正常场的方向信息；第三，总强度磁异常通过近似假设后可当作磁异常矢量在正常场方向的分量，与磁异常三分量数据具有相同的物理意义，因此适用于总强度磁异常的数据处理方法同样可选择性地应用于磁异常三分量数据，此外，三分量数据由于数据类型和信息量更为丰富，受研究区域位置(如低纬度地区)影响小、对能地质条件更复杂的情况理论上也具有更好的描述能力。

因此，开展基于磁异常三分量和垂向分量垂向梯度的数据处理方法，包括场源磁化强度方向估算和三维联合磁化率反演成像方面的理论和技术等方面的研究，对于磁力勘探尤其是三分量数据应用理论和技术的发展，以及从多源数据角度探寻铁磁性矿物资源等方面均具有重要的理论意义和实际意义。

实用新型内容

为了克服现有技术中精度不高的技术问题，本实用新型提供一种无人机磁场矢量测量精度系统，能提高分量场的测量精度，大幅度提高工作效率。

为实现上述目的，本实用新型提供了具体如下方案：

一种无人机磁场矢量测量精度系统，包括载机系统、辅助结构、航磁三分量磁力仪组成，所述辅助结构安装在载机系统上，所述载机系统下侧安装有航磁三分量磁力仪。

辅助结构包括高精度姿态仪、GPS高精度惯性导航模块、组装支架，所述组装支架上安装有高精度姿态仪、GPS高精度惯性导航模块、磁通门磁力仪。

所述三分量磁通门传感器安装在支撑结构上，所述支撑结构包括支架、平衡配重模块、传感器安装结构，所述支架一侧固定有平衡配重模块，所述支架另一侧安装有传感器安装结构。

所述平衡配重模块由外壳、配重块组成，所述外壳包括底壳、顶壳、连接板、连接柱，所述连接柱和支架螺纹连接，所述连接柱和连接板，所述连接板上下两侧分别和底壳、顶壳连接，所述底壳上侧开设有多个凹槽，所述顶壳上侧开设有多个凹槽，顶壳凹槽为通槽，顶壳、底壳的凹槽相互对应，所述配重块穿过顶壳凹槽固定在底壳凹槽内，所述顶壳上侧设置有挡板，将配重块阻挡，挡板通过螺栓固定在顶壳上。

所述传感器安装结构由连接架、安装件组成，所述连接架和支架固定连接，所述安装件固定在连接架上，所述安装件内部固定有三分量磁通门传感器。

所述连接架为一字形结构。

所述连接架为三角形结构。

所述安装件为安装板，三分量磁通门传感器通过螺纹安装在安装板上。

所述组装支架包括连接器、支架本体、安装件，所述连接器和支架本体连接，所述连接器上侧和无人机连接，所述支架本体上侧安装有安装件。

所述安装件上侧安装有磁通门磁力仪、GPS天线、姿态仪。

所述支架本体为十字型结构。

所述支架本体为三角形结构。

所述支撑结构和组装支架均属于辅助支撑结构。

所述载机系统为飞行平台，包括无人机平台及其飞控部件,通过飞控部件来控制无人机平台进行飞行,以及装载航磁三分量磁力仪；航磁三分量磁力仪通过快速拆卸螺丝与载机系统安装在一起，位于无人机平台的机身下方，航磁三分量磁力仪包括三分量磁通门传感器、补偿系统、收录系统以及装机电缆。

三分量磁通门传感器用来进行采集野外磁场数据，补偿系统用于消除掉飞行平台自身固有的磁性干扰，收录系统记录野外磁测数据，并将辅助结构的高精度姿态仪和GPS高精度惯性导航模块的数据，依据时间和GPS坐标结合到一起，并存储在收录系统的存储卡中；装机电缆将三分量磁通门传感器，补偿系统，收录系统，高精度姿态仪，GPS高精度惯性导航模块连接到一起，然后按照一定位置固定在组装支架上，组装之间安装在飞行平台的下方。

所述载机系统、三分量磁通门传感器、高精度惯性导航模块通过刚性连接支架连接到一起，构成了载体坐标系；

载体坐标系定义如下：在载体上安装并水平放置时，X轴(滚动轴)沿载体纵向向前，Y轴(航向轴)垂直于载体纵向指上，Z轴(俯仰轴)垂直于载体纵向指右，此过程中需确保惯导、载体、GPS天线三者之间刚性固连。

在上述技术方案中，当接收机天线安装位置与惯导的安装位置距离较远时，若无人机作滚转方向的机动，惯导的速度和接收机天线处速度不同，即产生了杆臂误差，在此种情况下，用户需要提供杆臂参数，通过惯导软件进行杆臂误差补偿。

作为上述技术方案的优选，航磁三分量磁力仪的三分量磁通门传感器和GPS高精度惯性导航模块始终保持同一方向。

作为上述技术方案的优选，航磁三分量磁力仪的三分量磁通门传感器设有1个、2个或3个。

航磁三分量磁力仪的三分量磁通门传感器设有2个时，在组装支架一端设有2个三分量磁通门传感器，补偿系统为平衡配重模块设置于支架尾部，支架顶部呈2个三角形，用于支撑三分量磁通门传感器。

航磁三分量磁力仪的三分量磁通门传感器设有3个时，支架顶部整体呈1个正三角形，用于支撑三分量磁通门传感器，3个三分量磁通门传感器分别位于支架中心杆延伸出的顶点处。

在上述技术方案中，精确测定垂向梯度时，三分量传感器垂直于地面放置，即一个在上一个在下，通过不同位置的三分量传感器测量后分别得到的差值就是垂向梯度；在精确测定垂直于测线的斜向梯度时，区别在于三分量传感器的测量梯度的横向方位不同，三分量传感器分别位于不同侧面，每个传感器分别测量成图后，综合进行判定。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供一种无人机磁场矢量测量精度系统，辅助支撑结构并不单一，可同时测量磁三分量数据及某方位磁梯度数据，不再需要常规总强度磁异常的转换计算来二次求取，可避免该转换过程中可能引入的误差，且设计巧妙，结构合理，磁异常三分量数据仅仅与场源磁性参数如总磁化强度方向相关，应用过程中无需考虑正常场的方向信息，受研究区域位置(如低纬度地区)影响小、对能地质条件更复杂的情况理论上也具有更好的描述能力。梯度探测可以有效避免外接干扰，通过前期测试得知，在外界环境干扰下，梯度工作模式可以提高探测准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型的载体坐标系示意图；

图2为本实用新型的三分量磁通门传感器设有2个时的结构示意图。

图3为本实用新型的、三分量磁通门传感器设有3个时的结构示意图。

图4为本实用新型的实施例1的精确测定垂向梯度的结构示意图；

图5为本实用新型的实施例2的测定垂直于测线的斜向梯度的结构示意图。

如，无人机1、磁通门磁力仪2、起落架3、GPS天线4、姿态仪5、传感器安装结构21、平衡配重模块22、支架23、连接器31、支架本体32、安装件33。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

刚性固连，是指使用硬杆连接，保证被连接物体之间的位置可计算和可描述，并且保证彼此之间的相对位置不会因为飞行发生改变。

实施例1

请参阅图1-2所示，航磁三分量磁力仪的三分量磁通门传感器设有2个时的结构示意图，在组装支架一端设有2个三分量磁通门传感器安装结构21并在上侧固定三分量磁通门传感器，补偿系统为平衡配重模块22设置于支架23尾部，支架顶部呈2个三角形，用于支撑三分量磁通门传感器。

图3为本实用新型的航磁三分量磁力仪的三分量磁通门传感器设有3个时的结构示意图。在组装支架一端设有3个三分量磁通门传感器安装结构21并安装三分量磁通门传感器，补偿系统为平衡配重模块22设置于支架23尾部，支架顶部整体呈1个正三角形，用于支撑三分量磁通门传感器，3个三分量磁通门传感器分别位于支架中心杆延伸出的顶点处。

实施例2

如图4所示，将磁通门磁力仪、GPS天线、姿态仪通过安装板安装在支架上，精确测定垂向梯度时，按照编辑好的航线，进行飞行测量工作，无人机平台及其飞控部件携带航磁三分量磁力仪和辅助结构进行飞行测量，测量工作中，接通电源，磁力仪开始工作，工作就是采集所观测到的磁场，数据保存在飞机链接器部位的采集盒中的存储卡中，不发给其他部位，姿态仪和GPS也同时开始工作，数据同样的保存在飞机链接器部位的采集盒中的存储卡中，测量的数据参数包括了时间，坐标，姿态，磁场值，梯度值(两个探头相减得到梯度值)；

完成测线工作后，将数据从存储卡拷贝到电脑上，根据得到的整合在一起的数据，并经过软件的补偿计算和姿态改正计算。我们可以得到准确位置的三分量的磁及磁场梯度异常变化，可对地下磁性物体进行精确定位。

如图5所示，将磁通门磁力仪、GPS天线、姿态仪通过安装板安装在支架上，精确测定垂直于测线的斜向梯度时，磁通门磁力仪设置的位置与测定垂向梯度时不同，主要是针对不同地下地质体或者埋藏物的姿态来进行的工作，如果地下被探测的地质体或者埋藏物是垂直向下的，那么此时用垂向梯度装置就不好判断位置，只能用斜向梯度装置来判断出来被测物体的方向。

此外，同一个物体的方位不一样，那么需要分别选择不同的垂向或者斜向梯度来分别测量成图，这样才好判断出来，物体的埋藏方向和姿态。

本实用新型一种无人机磁场矢量测量精度系统，可同时测量磁三分量数据及某方位磁梯度数据，对三个分量磁场的平方和开根号，可以得到总场磁场强度。而通过该装置，取得了XYZ三个方向上的磁测梯度值，那么，对三个分量方向上的磁测梯度数据的平方和开根号，就可以求出来三分量数据与总磁化强度之间的关系，不用再考虑方向信息。不再需要常规总强度磁异常的转换计算来二次求取，可避免该转换过程中可能引入的误差，磁异常三分量数据仅仅与场源磁性参数如总磁化强度方向相关，应用过程中无需考虑正常场的方向信息，受研究区域位置(如低纬度地区)影响小、对能地质条件更复杂的情况理论上也具有更好的描述能力。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无人机磁场矢量测量精度系统，其特征在于包括载机系统、辅助结构、航磁三分量磁力仪组成，所述辅助结构安装在载机系统上，所述载机系统下侧安装有航磁三分量磁力仪；

辅助结构包括高精度姿态仪、GPS高精度惯性导航模块、组装支架，所述组装支架上安装有高精度姿态仪、GPS高精度惯性导航模块、磁通门磁力仪；

所述航磁三分量磁力仪包括三分量磁通门传感器、补偿系统、收录系统以及装机电缆；所述装机电缆将三分量磁通门传感器、补偿系统、收录系统、高精度姿态仪、GPS高精度惯性导航模块连接到一起；

所述三分量磁通门传感器安装在支撑结构上，所述支撑结构包括支架、平衡配重模块、传感器安装结构，所述支架一侧固定有平衡配重模块，所述支架另一侧安装有传感器安装结构。

2.按照权利要求1所述的一种无人机磁场矢量测量精度系统，其特征在于所述平衡配重模块由外壳、配重块组成，所述外壳包括底壳、顶壳、连接板、连接柱，所述连接柱和支架螺纹连接，所述连接柱和连接板，所述连接板上下两侧分别和底壳、顶壳连接，所述底壳上侧开设有多个凹槽，所述顶壳上侧开设有多个凹槽，顶壳凹槽为通槽，顶壳、底壳的凹槽相互对应，所述配重块穿过顶壳凹槽固定在底壳凹槽内，所述顶壳上侧设置有挡板，将配重块阻挡，挡板通过螺栓固定在顶壳上；

所述传感器安装结构由连接架、安装件组成，所述连接架和支架固定连接，所述安装件固定在连接架上，所述安装件内部固定有三分量磁通门传感器。

3.按照权利要求2所述的一种无人机磁场矢量测量精度系统，其特征在于所述连接架为一字形结构。

4.按照权利要求2所述的一种无人机磁场矢量测量精度系统，其特征在于所述连接架为三角形结构。

5.按照权利要求1所述的一种无人机磁场矢量测量精度系统，其特征在于所述载机系统、三分量磁通门传感器、高精度惯性导航模块通过刚性连接支架连接到一起，构成了载体坐标系。

6.按照权利要求1所述的一种无人机磁场矢量测量精度系统，其特征在于所述组装支架包括连接器、支架本体、安装件，所述连接器和支架本体连接，所述连接器上侧和无人机连接，所述支架本体上侧安装有安装件。

7.按照权利要求6所述的一种无人机磁场矢量测量精度系统，其特征在于所述支架本体为十字型结构。

8.按照权利要求6所述的一种无人机磁场矢量测量精度系统，其特征在于所述支架本体为三角形结构。