RU2771749C2 - Data collection device and method - Google Patents

Data collection device and method Download PDF

Info

Publication number
RU2771749C2
RU2771749C2 RU2018133465A RU2018133465A RU2771749C2 RU 2771749 C2 RU2771749 C2 RU 2771749C2 RU 2018133465 A RU2018133465 A RU 2018133465A RU 2018133465 A RU2018133465 A RU 2018133465A RU 2771749 C2 RU2771749 C2 RU 2771749C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tool platform
platform
vector component
spherical support
base assembly
Prior art date
Application number
RU2018133465A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018133465A (en
RU2018133465A3 (en
Inventor
Бенджамин Дэвид Пользер
Питер Уайт УОЛКЕР
Гордон Фокс ВЕСТ
Питер Энтони Херли
Роберт Лесли Скотт Хогг
Original Assignee
Вале С.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CA2980061A external-priority patent/CA2980061C/en
Application filed by Вале С.А. filed Critical Вале С.А.
Publication of RU2018133465A publication Critical patent/RU2018133465A/en
Publication of RU2018133465A3 publication Critical patent/RU2018133465A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2771749C2 publication Critical patent/RU2771749C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: information technologies.
SUBSTANCE: group of inventions relates to the collection of vector component data. A device for the collection of vector component data contains a spherical support mounted on a base node and a tool platform with at least one vector component sensor attached to it. The tool platform is mounted on the spherical support and supported by it. The spherical support connects the tool platform to the base node and allows for free angular rotation of the tool platform within the range of an inclination angle. The tool platform has a mass center located under a rotation center.
EFFECT: increase in the accuracy of collection of geophysical vector component data.
25 cl, 14 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES

[0001] Настоящее изобретение относится к сбору данных векторных составляющих. В частности, изобретения относится к сбору данных с подвижного носителя.[0001] The present invention relates to the collection of vector component data. In particular, the invention relates to the collection of data from a mobile carrier.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Системы электромагнитной (ЭМ) съемки обнаруживают электромагнитные поля, рассеиваемые от Земли, и широко используются для картирования электрических свойств, главным образом изменений проводимости, а также чувствительности к поляризуемости, диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости. Некоторые электрические свойства могут быть связаны с различными геологическими объектами, поэтому данные электромагнитной съемки могут использоваться для определения наличия или вероятности залегания различных сырьевых материалов, например, нефти, минералов и грунтовых вод.[0002] Electromagnetic (EM) survey systems detect electromagnetic fields scattered from the Earth and are widely used to map electrical properties, mainly changes in conductivity, as well as sensitivity to polarizability, permittivity, and magnetic permeability. Some electrical properties can be associated with different geological entities, so electromagnetic survey data can be used to determine the presence or likelihood of various raw materials such as oil, minerals, and groundwater.

[0003] Система электромагнитной съемки, как правило, реагирует на наличие квазистатического, изменяющегося во времени электрического тока в земле. Электрические свойства Земли могут быть определены путем измерения изменения во времени магнитного поля, создаваемого этим током, с помощью датчика магнитного поля. Изменяющиеся во времени поля могут создаваться локальной передающей антенной в случае управляемого источника или окружающими геомагнитными полями в случае систем с естественным источником.[0003] An electromagnetic survey system typically responds to the presence of a quasi-static, time-varying electrical current in the ground. The electrical properties of the Earth can be determined by measuring the change over time in the magnetic field created by this current using a magnetic field sensor. Time-varying fields may be produced by a local transmitting antenna in the case of a controlled source, or by surrounding geomagnetic fields in the case of natural source systems.

[0004] Подвижная система электромагнитной съемки может использовать подвижный носитель для транспортировки и удержания датчика магнитного поля при сборе данных. В подвижной системе электромагнитной съемки носитель может содержать буксируемый датчик (или зонд), который может быть подвешен под летательным аппаратом на буксировочном тросе. Популярные разновидности систем аэроэлектромагнитной (АЭМ) съемки буксируют датчик под вертолетом, как правило, на буксировочном тросе, длина которого варьируется в диапазоне от 30 до 90 метров. АЭМ-съемка обычно покрывает площадь с использованием параллельных маршрутов полета, разнесенных на фиксированный интервал бокового эшелонирования.[0004] The movable electromagnetic survey system may use a movable carrier to transport and hold the magnetic field sensor while collecting data. In a mobile electromagnetic survey system, the carrier may comprise a towed sensor (or probe) that may be suspended below the aircraft on a towline. Popular varieties of aeroelectromagnetic (AEM) imaging systems tow the sensor under a helicopter, typically on a towline that varies in length from 30 to 90 meters. An AEM survey typically covers an area using parallel flight paths separated by a fixed lateral separation.

[0005] Для обнаружения наличия глубинных геологических объектов предпочтителен сбор низкочастотных ЭМ-данных. В настоящее время АЭМ-системы обычно ограничиваются сбором данных на частоте 20-25 Гц и выше. Сбор данных в диапазоне ниже 25 Гц позволил бы обнаруживать геологические объекты, которые не могут быть обнаружены с помощью существующих АЭМ-систем. В полосе частот ниже 25 Гц напряженность магнитного поля из-за изменений проводимости, обнаруживаемая ЭМ-системами в общем пропорциональна частоте. При снижении частоты сбора данных электромагнитной системы магнитные поля, рассеиваемые из-за этих изменений проводимости, становятся слабее. Для обнаружения изменений проводимости из-за глубинных структур Земли может потребоваться чувствительность магнитного поля порядка пикоТеслы.[0005] To detect the presence of deep geological objects, the collection of low-frequency EM data is preferred. At present, AEM systems are usually limited to collecting data at 20-25 Hz and above. Data collection in the range below 25 Hz would allow detection of geological objects that cannot be detected using existing AEM systems. In the frequency band below 25 Hz, the magnetic field strength due to conduction changes detected by EM systems is generally proportional to frequency. As the collection frequency of an electromagnetic system decreases, the magnetic fields dissipated due to these changes in conductivity become weaker. To detect changes in conductivity due to the deep structures of the Earth, a magnetic field sensitivity of the order of picoTesla may be required.

[0006] Системы электромагнитной съемки, как правило, обнаруживают ЭМ-поля с помощью датчиков векторных составляющих. Для измерения электромагнитного поля может быть использовано множество видов магнитных (ЭМ) датчиков векторных составляющих, в том числе поисковые катушки, катушки обратной связи, сверхпроводящие магнитометры, волоконно-оптические и феррозондовые магнитометры. В случае обнаружения магнитного поля с помощью катушки в соответствии с законом Фарадея выходной сигнал ЭМЧ от катушки ослабевает пропорционально уменьшению частоты, поэтому для компенсации снижения чувствительности на низких частотах могут потребоваться более мощные катушки. Электромагнитные датчики могут быть «связаны по постоянному току», обладая чувствительностью к установившемуся полю, или «связаны по переменному току», не обладая чувствительностью к установившемуся полю.[0006] Electromagnetic survey systems typically detect EM fields using vector component sensors. Many types of magnetic (EM) vector component sensors can be used to measure the electromagnetic field, including search coils, feedback coils, superconducting magnetometers, fiber optics, and fluxgate magnetometers. When a magnetic field is detected by a coil, according to Faraday's Law, the EMF output from the coil is attenuated in proportion to the decrease in frequency, so more powerful coils may be required to compensate for the desensitization at low frequencies. Electromagnetic sensors can be "DC coupled", having sensitivity to a steady field, or "AC coupled", having no sensitivity to a steady field.

[0007] Системы ЭМ-съемки отличаются от систем магнитной съемки, которые измеряют статическое магнитное поле Земли. Последнее, как правило, связано с измерением изменений статического магнитного поля Земли, которые обычно обусловлены изменениями магнитной проницаемости. Изменяющееся во времени поле может быть на порядок меньше статического поля, часто в миллионы раз. В связи с этим для высококачественного электромагнитного измерения необходимо ограничить вращательное движение ЭМ-датчика векторных составляющих в статическом магнитном поле в течение всего измерения. При сборе низкочастотных электромагнитных данных продолжительность ограничения этого вращательного движения увеличивается. На низких частотах вращательная устойчивость ЭМ-датчика векторных составляющих часто приобретает решающее значение. Шум в электромагнитном измерении, обусловленный вращением магнитного датчика векторных составляющих в фоновом статическом магнитном поле Земли, может называться шумом движения.[0007] EM survey systems are different from magnetic survey systems that measure the Earth's static magnetic field. The latter is usually associated with the measurement of changes in the Earth's static magnetic field, which are usually due to changes in magnetic permeability. The time-varying field can be an order of magnitude smaller than the static field, often millions of times. Therefore, for a high-quality electromagnetic measurement, it is necessary to limit the rotational movement of the EM vector sensor in a static magnetic field during the entire measurement. When collecting low-frequency electromagnetic data, the duration of the limitation of this rotational movement is increased. At low frequencies, the rotational stability of an EM vector encoder is often critical. Noise in the electromagnetic dimension, caused by the rotation of the magnetic sensor vector components in the background static magnetic field of the Earth, may be referred to as motion noise.

[0008] Статическое магнитное поле Земли имеет величину порядка 50 000 000 пТл. Для ограничения шума движения до 1 пТл может быть необходимо ограничить вращательное изменение до порядка 1/50 000 000 радиан в течение всего измерения. Для ограничения шума движения до 10 пТл может быть необходимо ограничить вращательное изменение до порядка 1/5 000 000 радиан. Поле может считаться по существу статическим, если оно изменяется на частоте ниже полосы частот сбора данных, используемой для измерения обнаруженных векторных полевых данных.[0008] The static magnetic field of the Earth has a magnitude on the order of 50,000,000 pT. To limit motion noise to 1 pT, it may be necessary to limit rotational change to about 1/50,000,000 radians during the entire measurement. To limit motion noise to 10 pT, it may be necessary to limit rotational change to about 1/5,000,000 radians. A field can be considered essentially static if it changes at a frequency below the acquisition bandwidth used to measure the detected vector field data.

[0009] Шум вращательного движения может быть вычислен по следующим уравнениям шума движения. Для катушечного датчика векторных составляющих, указывающего в направлении, описанном единичным вектором m, шум Nc вращения может быть записан в следующем виде:[0009] Rotary motion noise can be calculated from the following motion noise equations. For a coil vector encoder pointing in the direction described by the unit vector m, the rotational noise Nc can be written as:

Nc=m⋅(ω×B),Nc=m⋅(ω×B),

[0010] где ω - угловая скорость катушечного датчика относительно статического поля B Земли. Эта зависимость описана в патенте WO2013/170340A1 на имя Dodds. Для векторного магнитометра с дипольным моментом m шум Nm вращения может быть записан в следующем виде:[0010] where ω is the angular velocity of the coil sensor relative to the static field B of the Earth. This dependency is described in WO2013/170340A1 to Dodds. For a vector magnetometer with a dipole moment m, the rotational noise Nm can be written as follows:

Nm=m⋅(ΔΘ×B),Nm=m⋅(ΔΘ×B),

[0011] где ΔΘ - угловое изменение ориентации магнитометра относительно статического магнитного поля Земли во время измерения.[0011] where ΔΘ is the angular change in the orientation of the magnetometer relative to the Earth's static magnetic field during the measurement.

[0012] Для удобства угловое изменение ориентации или угловая скорость могут называться «угловым движением», а получаемый сигнал из-за углового движения датчика векторных составляющих в присутствии фонового поля Земли называется «шумом движения». Шум движения может быть аналогично определен для других полей в дополнение к магнитному полю, и аналогичные уравнения шума движения могут применяться в отношении датчиков векторных составляющих, которые зондируют небольшие изменяющиеся во времени поля в присутствии сравнительно большого фонового поля, в котором движется датчик. Шум движения может возникать при наложении фонового векторного поля на меньшее изменяющееся во времени векторное поле, которое является объектом измерения, когда оба векторных поля зондируются обычным датчиком векторных составляющих, установленным на подвижной платформе, подверженной угловому движению, и когда ось обнаружения датчика задается ориентацией инструментальной платформы, на которой он установлен. Тогда, как правило, шум N движения из-за углового движения A датчика векторных составляющих в фоновом поле F может быть записан в следующем виде:[0012] For convenience, the angular change in orientation or angular velocity may be referred to as "angular motion", and the resulting signal due to the angular motion of the vector component sensor in the presence of the Earth's background field is referred to as "motion noise". Motion noise can be similarly defined for other fields in addition to the magnetic field, and similar motion noise equations can be applied to vector component sensors that probe small time-varying fields in the presence of a relatively large background field in which the sensor is moving. Motion noise can occur when a background vector field is superimposed on a smaller time-varying vector field that is the object of measurement, when both vector fields are probed by a conventional vector component sensor mounted on a moving platform subject to angular motion, and when the detection axis of the sensor is specified by the orientation of the instrument platform on which it is installed. Then, as a rule, the motion noise N due to the angular motion A of the vector component sensor in the background field F can be written in the following form:

N=m⋅(A×F).N=m⋅(A×F).

[0013] Шум движения отличается от эффектов ошибки наведения. Эффекты ошибки наведения, как правило, возникают при обнаружении излучающих полей от источника в определенном направлении через апертуру, которая наведена на него. Апертура обычно выбирает сигнал из конкретного местоположения и повышает мощность сигнала от источника по сравнению с фоновым полем в той же полосе частот. В случае шума движения датчик, как правило, нечувствителен к направлению источника, и апертуры, как правило, бесполезны.[0013] Motion noise is different from pointing error effects. Pointing error effects typically occur when radiating fields from a source are detected in a certain direction through an aperture that is pointed at it. The aperture typically picks up a signal from a particular location and boosts the power of the signal from the source compared to the background field in the same frequency band. In the case of motion noise, the sensor is generally insensitive to the direction of the source, and apertures are generally useless.

[0014] Шум движения может возникать, например, при измерении квазистатических или потенциальных полей или их градиентов датчиком векторных составляющих. В этих случаях шум движения нечувствителен к направлению источника. В квазистатических ЭМ и гравиметрических измерениях для обнаружения сигнала от источника в присутствии гораздо большего статического или по существу статического фонового поля может использоваться векторный датчик. Именно угловое движение датчика векторных составляющих в фоновом поле вызывает чувствительность векторного измерения к фоновому полю, и именно оно является источником шума движения. Таким образом, шум движения отличается от ошибки наведения, которая чувствительна к направлению источника.[0014] Motion noise can occur, for example, when measuring quasi-static or potential fields or their gradients with a vector component sensor. In these cases, the motion noise is insensitive to the direction of the source. In quasi-static EM and gravimetric measurements, a vector sensor can be used to detect a signal from a source in the presence of a much larger static or substantially static background field. It is the angular motion of the vector component sensor in the background field that causes the sensitivity of the vector measurement to the background field, and it is this that is the source of motion noise. Thus, motion noise is different from pointing error, which is sensitive to the direction of the source.

[0015] Решения, связанные с эффектами ошибки наведения, обычно отличаются от решений, связанных с эффектами шума движения. Ошибка наведения, как правило, связана со сбором данных сфокусированных излучающих полей в полосах частот, отличающихся и отделимых от движения инструментальной платформы, в присутствии или отсутствии существенного фонового поля. Решения, относящиеся к шуму движения, связаны со сбором данных полей векторных составляющих, которые перекрывают полосу частот, в которой движется инструмент, и в этом случае обязательно присутствует фоновое поле. Таким образом, ошибка наведения связана с поддержанием направления в течение сбора данных и может присутствовать в скалярных (амплитудных) измерениях. Шум движения связан с ограничением углового движения в полосе частот сбора данных требуемого векторного измерения и по определению не может присутствовать при выполнении скалярных (амплитудных) измерений.[0015] Decisions associated with the effects of pointing error are generally different from those associated with the effects of motion noise. Pointing error is typically associated with the acquisition of focused radiant fields in frequency bands that are different and separable from the motion of the instrument platform, in the presence or absence of a significant background field. Decisions related to motion noise involve collecting vector component fields that overlap the frequency band in which the instrument is moving, in which case a background field is necessarily present. Thus, pointing error is related to maintaining heading during data acquisition and may be present in scalar (amplitude) measurements. Motion noise is associated with a limitation of angular motion in the acquisition bandwidth of the desired vector measurement and by definition cannot be present when performing scalar (amplitude) measurements.

[0016] Проблема управления шумом движения не является уникальной для аэроэлектромагнитных систем и также возникает в области аэрогравиметрических измерений. Как и в случае аэроэлектромагнитных измерений, очень малые, изменяющиеся во времени изменения зондируемого векторного поля могут измеряться в присутствии гораздо большего по существу статического фонового поля. В гравитационном поле небольшие изменяющиеся во времени изменения подвержены гравитационному ускорению, обусловленному изменениями плотности земной коры, которые измеряются при перемещении гравиметрической системы с места на место. Подобным образом, шум движения может присутствовать в градиентометрическом измерении в присутствии фонового градиентного поля.[0016] The problem of driving noise control is not unique to aeroelectromagnetic systems and also arises in the field of airborne gravimetric measurements. As with aeroelectromagnetic measurements, very small, time-varying changes in the probed vector field can be measured in the presence of a much larger, essentially static, background field. In a gravitational field, small time-varying changes are subject to gravitational acceleration due to changes in the density of the earth's crust, which are measured as the gravimetric system moves from place to place. Similarly, motion noise may be present in a gradiometric measurement in the presence of a background gradient field.

[0017] Другие конструкции вращательно изолированных инструментальных платформ, например, обычно используемые в областях применения камер, инерциальных систем или гравитационных градиентометров, не учитывают рабочие требования системы электромагнитного зондирования и не подходят для сбора электромагнитных данных высокого разрешения. Требования к электромагнитным измерениям могут включать в себя среду с низким электромагнитным шумом. В ЭМ-системах сбора данных предпочтительны высокорезистивные компоненты с низкой магнитной проницаемостью и исключительно низким вибрационным шумом.[0017] Other designs of rotationally isolated instrument platforms, such as those commonly used in camera, inertial systems, or gravity gradiometer applications, do not address the operational requirements of an electromagnetic sensing system and are not suitable for high resolution electromagnetic data acquisition. Requirements for electromagnetic measurements may include an environment with low electromagnetic noise. In EM data acquisition systems, highly resistive components with low magnetic permeability and exceptionally low vibration noise are preferred.

[0018] Публикация заявки на патент США № 2011/0175604 (на имя Polzer и др.), которая включена в настоящий документ путем ссылки, описывает способ сбора низкочастотных ЭМ-данных с подвижного носителя. Этот документ описывает ЭМ-датчики на уравновешенной по центру инструментальной платформе, поддерживаемой на сферической воздушной опоре.[0018] US Patent Application Publication No. 2011/0175604 (Polzer et al.), which is incorporated herein by reference, describes a method for collecting low frequency EM data from a mobile carrier. This document describes EM sensors on a centrally balanced instrument platform supported on a spherical air support.

[0019] Публикация международной заявки на патент по PCT № WO 2015/103608 A1 (на имя Meyer и др.) под названием «Gravity Gradiometer System with Spherical Air Bearing Based Platform», которая включена в настоящий документ путем ссылки, описывает уравновешенную по центру инструментальную платформу, установленную на воздушной опоре. Этот документ описывает дополнение уравновешенной по центру инструментальной платформы исполнительными механизмами и пружинами для управления диапазоном движения платформы. Однако, хотя эти устройства стабилизации ориентации могут иметь преимущество, заключающееся в ограничении диапазона движения, они могут представлять собой векторы, по которым шум движения может передаваться от носителя на датчики, установленные на инструментальной платформе.[0019] PCT International Patent Application Publication No. WO 2015/103608 A1 (to Meyer et al.) entitled "Gravity Gradiometer System with Spherical Air Bearing Based Platform", which is incorporated herein by reference, describes a center-balanced tool platform mounted on an air support. This document describes the addition of a centrally balanced tool platform with actuators and springs to control the platform's range of motion. However, while these attitude stabilization devices may have the advantage of limiting the range of motion, they may be vectors along which motion noise can be transmitted from the wearer to sensors mounted on the tool platform.

[0020] Такие традиционные устройства стабилизации ориентации могут служить источником вибрационного шума или крутящего момента, что может снижать качество данных. Шум движения, обусловленный такими системами стабилизации ориентации, может снижать качество высокоточного электромагнитного измерения, кроме того, его сложно спрогнозировать и устранить. Таким образом, стабилизация ориентации может свести на нет кинематические преимущества, достигаемые уравновешиванием по центру инструментальной платформы.[0020] Such conventional attitude stabilization devices can generate vibrational noise or torque, which can degrade data quality. The motion noise caused by such attitude stabilization systems can degrade the quality of high-precision electromagnetic measurements, and is difficult to predict and eliminate. Thus, orientation stabilization can negate the kinematic advantages achieved by balancing in the center of the tool platform.

[0021] Таким образом, необходимы улучшенные способы и системы сбора геофизических данных векторных составляющих с низким уровнем шума в широкой полосе пропускания и, в частности, данных векторных составляющих магнитного поля («данных ЭМ-съемки») с подвижного носителя, в частности, в полосе частот ниже 25 Гц.[0021] Thus, there is a need for improved methods and systems for acquiring low-noise vector component geophysical data in a wide bandwidth, and in particular magnetic field vector component data ("EM survey data") from a mobile carrier, in particular in frequency band below 25 Hz.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0022] Настоящее изобретение обеспечивает способы и устройства сбора данных электромагнитной съемки с подвижного носителя. Некоторые варианты выполнения, раскрытые в настоящем документе, могут обеспечивать сбор данных электромагнитной съемки с низким уровнем шума движения. Устройство, раскрытое в настоящем документе, может использоваться на мобильных или стационарных носителях для сбора ЭМ-данных в воздухе, на земле, а также в море или под водой. Стационарные носители могут перемещаться из-за вибраций. Варианты выполнения не ограничиваются только сбором данных электромагнитной съемки. Способы и устройства, описанные в настоящем документе, также подходят для реализации в других областях применения, где необходимо уменьшение углового движение или шума движения в полевых датчиках векторных составляющих.[0022] The present invention provides methods and apparatus for collecting electromagnetic survey data from a moving medium. Some embodiments disclosed herein may provide electromagnetic survey data collection with low motion noise. The device disclosed herein can be used on mobile or stationary media to collect EM data in the air, on land, and at sea or underwater. Stationary media may move due to vibrations. Embodiments are not limited to collecting electromagnetic survey data. The methods and apparatuses described herein are also suitable for implementation in other applications where it is necessary to reduce angular motion or motion noise in vector component field sensors.

[0023] Некоторые аспекты настоящего изобретения обеспечивают сбор электромагнитных данных с низким уровнем шума движения путем установки одного или более ЭМ-датчиков векторных составляющих на утяжеленной в нижней части инструментальной платформе. Инструментальная платформа может балансировать на сферической опоре, которая поддерживает ее вес. Таким образом, инструментальная платформа может быть по существу не связана с движениями носителя в пределах полосы пропускания.[0023] Some aspects of the present invention provide low motion noise electromagnetic data collection by mounting one or more vector component EM sensors on a lower weighted instrument platform. The tool platform can balance on a spherical support that supports its weight. Thus, the instrument platform may be substantially unrelated to carrier movements within the bandwidth.

[0024] В соответствии с одним аспектом обеспечено устройство сбора данных векторных составляющих, содержащее: узел основания; сферическую опору, установленную на узле основания; инструментальную платформу, имеющую по меньшей мере один датчик векторных составляющих, прикрепленный к ней, причем инструментальная платформа установлена на сферической опоре и поддерживается ей, в результате чего сферическая опора соединяет инструментальную платформу с узлом основания и позволяет свободное угловое вращение инструментальной платформы в пределах диапазона угла наклона вокруг сферической опоры, так что инструментальная платформа имеет центр вращения; причем инструментальная платформа имеет центр масс, расположенный под центром вращения.[0024] In accordance with one aspect, a vector component data acquisition device is provided, comprising: a base node; a spherical support mounted on the base assembly; a tool platform having at least one vector component sensor attached thereto, wherein the tool platform is mounted on and supported by a spherical support, whereby the spherical support connects the tool platform to the base assembly and allows free angular rotation of the tool platform within a tilt angle range around a spherical support so that the tool platform has a center of rotation; moreover, the tool platform has a center of mass located under the center of rotation.

[0025] В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа выполнена с возможностью маятникового движения вокруг центра вращения, так что шум движения в пределах полосы частот сбора данных по меньшей мере одного датчика векторных составляющих подавляется.[0025] In some embodiments, the instrument platform is configured to pendulum around a center of rotation such that motion noise within the acquisition bandwidth of at least one vector component sensor is suppressed.

[0026] В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа имеет собственную частоту маятникового движения, которая ниже наименьшей частоты полосы частот сбора данных по меньшей мере одного датчика векторных составляющих.[0026] In some embodiments, the instrument platform has a natural pendulum frequency that is below the lowest frequency of the acquisition bandwidth of at least one vector component sensor.

[0027] В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа является жесткой.[0027] In some embodiments, the tool platform is rigid.

[0028] В некоторых вариантах выполнения устройство дополнительно содержит носитель, причем узел основания соединен с носителем.[0028] In some embodiments, the device further comprises a carrier, wherein the base assembly is connected to the carrier.

[0029] В некоторых вариантах выполнения носитель содержит буксировочную раму и соединительный механизм, соединяющий узел основания с буксировочной рамой.[0029] In some embodiments, the carrier includes a towing frame and a coupling mechanism connecting the base assembly to the towing frame.

[0030] В некоторых вариантах выполнения носитель представляет собой воздушный носитель, выполненный с возможностью буксировки воздушным транспортным средством.[0030] In some embodiments, the carrier is an air carrier capable of being towed by an air vehicle.

[0031] В некоторых вариантах выполнения сферическая опора представляет собой воздушную опору.[0031] In some embodiments, the spherical bearing is an air bearing.

[0032] В некоторых вариантах выполнения сферическая опора содержит единственное механическое соединение между узлом основания и инструментальной платформой.[0032] In some embodiments, the spherical support includes a single mechanical connection between the base assembly and the tool platform.

[0033] В некоторых вариантах выполнения по меньшей мере один датчик векторных составляющих содержит три независимо ориентированных датчика векторных составляющих.[0033] In some embodiments, at least one vector component sensor comprises three independently oriented vector component sensors.

[0034] В некоторых вариантах выполнения устройство дополнительно содержит контроллер, причем контроллер содержит процессор и память, причем контроллер принимает данные от указанного по меньшей мере одного датчика.[0034] In some embodiments, the device further comprises a controller, the controller comprising a processor and memory, the controller receiving data from said at least one sensor.

[0035] В некоторых вариантах выполнения контроллер сохраняет принятые данные.[0035] In some embodiments, the controller stores the received data.

[0036] В некоторых вариантах выполнения устройство дополнительно содержит средство беспроводной связи, причем контроллер побуждает средство беспроводной связи к передаче принятых данных для сохранения в базе данных.[0036] In some embodiments, the device further comprises a wireless communication means, wherein the controller causes the wireless communication means to transmit received data for storage in a database.

[0037] В некоторых вариантах выполнения узел основания содержит опорную стойку, причем сферическая опора установлена но опорной стойке.[0037] In some embodiments, the base assembly includes a support post, with the spherical support mounted on the support post.

[0038] В некоторых вариантах выполнения опорная стойка содержит столб, продолжающийся вверх от узла основания.[0038] In some embodiments, the support leg includes a post extending upward from the base assembly.

[0039] В некоторых вариантах выполнения по меньшей мере один датчик векторных составляющих содержит по меньшей мере одно из следующего: по меньшей мере один электромагнитный датчик; по меньшей мере один гравиметрический датчик.[0039] In some embodiments, at least one vector component sensor comprises at least one of the following: at least one electromagnetic sensor; at least one gravimetric sensor.

[0040] В некоторых вариантах выполнения по меньшей мере один датчик векторных составляющих содержит по меньшей мере один градиентометрический датчик.[0040] In some embodiments, at least one vector component sensor comprises at least one gradiometer sensor.

[0041] В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа содержит обращенную вниз юбку, причем обращенная вниз юбка обеспечивает зазор вокруг сферической опоры и узла основания, обеспечивающий диапазон наклонного вращения инструментальной платформы в пределах диапазона угла наклона.[0041] In some embodiments, the tool platform comprises a downward-facing skirt, wherein the downward-facing skirt provides clearance around the spherical support and the base assembly to provide a range of tilt rotation of the tool platform within the tilt angle range.

[0042] В некоторых вариантах выполнения устройство дополнительно содержит: систему выравнивания; и систему измерения углового движения, причем система выравнивания в зависимости от углового движения, измеренного системой измерения углового движения, подает выравнивающие крутящие моменты на инструментальную платформу, вызывая ее вращение вокруг сферической опоры.[0042] In some embodiments, the device further comprises: an alignment system; and an angular motion measuring system, wherein the alignment system, depending on the angular motion measured by the angular motion measuring system, applies equalizing torques to the tool platform, causing it to rotate around the spherical support.

[0043] В некоторых вариантах выполнения система выравнивания содержит одно из следующего: множество движителей, расположенных на инструментальной платформе, причем движители создают указанные выравнивающие крутящие моменты; и множество узлов подвижных масс, расположенных на инструментальной платформе, причем узлы подвижных масс создают указанные выравнивающие крутящие моменты.[0043] In some embodiments, the alignment system comprises one of the following: a plurality of propulsors located on the tool platform, the propulsors generating said alignment torques; and a plurality of movable mass assemblies disposed on the tool platform, the movable mass assemblies producing said equalizing torques.

[0044] В некоторых вариантах выполнения выравнивающие крутящие моменты создаются для по меньшей мере одного из следующего: ориентация утяжеленной в нижней части инструментальной платформы так, чтобы ее главная ось была расположена по существу вертикально; и уменьшение угловой скорости.[0044] In some embodiments, alignment torques are generated for at least one of the following: orienting the bottom-weighted tool platform such that its major axis is substantially vertical; and decrease in angular velocity.

[0045] В некоторых вариантах выполнения устройство дополнительно содержит акселерометр, расположенный на инструментальной платформе, причем акселерометр измеряет данные об ускорении, и контроллер выполнен с возможностью: приема данных об ускорении; оценки шума биения в зависимости от данных об ускорении; и удаления шума биения из данных, полученных от по меньшей мере одного датчика векторных составляющих.[0045] In some embodiments, the device further comprises an accelerometer located on the tool platform, wherein the accelerometer measures acceleration data, and the controller is configured to: receive acceleration data; beat noise estimates depending on acceleration data; and removing beat noise from the data received from the at least one vector component sensor.

[0046] В соответствии с другим аспектом обеспечен способ сбора данных векторных составляющих с подвижной инструментальной платформы, имеющей по меньшей мере один датчик векторных составляющих, прикрепленный к ней, причем способ содержит этапы, на которых: перемещают устройство, содержащее: узел основания; сферическую опору, установленную на узле основания; и инструментальную платформу, причем инструментальная платформа установлена на сферической опоре и поддерживается ей, в результате чего сферическая опора соединяет инструментальную платформу с узлом основания и позволяет свободное угловое вращение инструментальной платформы в пределах диапазона угла наклона вокруг сферической опоры, так что инструментальная платформа имеет центр вращения, причем инструментальная платформа имеет центр масс, расположенный под центром вращения; и во время перемещения устройства собирают данные векторных составляющих с использованием по меньшей мере одного датчика векторных составляющих.[0046] In accordance with another aspect, there is provided a method for collecting vector component data from a movable instrument platform having at least one vector component sensor attached thereto, the method comprising: moving a device comprising: a base assembly; a spherical support mounted on the base assembly; and a tool platform, wherein the tool platform is mounted on and supported by the spherical support, whereby the spherical support connects the tool platform to the base assembly and allows free angular rotation of the tool platform within a range of inclination around the spherical support, so that the tool platform has a center of rotation, moreover, the tool platform has a center of mass located under the center of rotation; and during movement of the device, vector component data is collected using at least one vector component sensor.

[0047] В некоторых вариантах выполнения устройство дополнительно содержит носитель, причем узел основания соединен с носителем, и перемещение устройства содержит буксировку носителя.[0047] In some embodiments, the device further comprises a carrier, wherein the base assembly is connected to the carrier, and movement of the device comprises towing the carrier.

[0048] В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа выполнена с возможностью маятникового движения вокруг центра вращения, так что шум движения в пределах полосы частот сбора данных по меньшей мере одного датчика векторных составляющих подавляется.[0048] In some embodiments, the instrument platform is configured to pendulum around a center of rotation so that motion noise within the acquisition bandwidth of at least one vector component sensor is suppressed.

[0049] Другие аспекты и признаки настоящего изобретения станут очевидными специалисту в данной области техники при изучении следующего далее описания конкретных вариантов выполнения.[0049] Other aspects and features of the present invention will become apparent to a person skilled in the art upon examination of the following description of specific embodiments.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0050] Аспекты и варианты выполнения изобретения будут описаны более подробно ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:[0050] Aspects and embodiments of the invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which:

[0051] Фигура 1A представляет собой вид в перспективе устройства сбора данных в соответствии с некоторыми вариантами выполнения, причем оболочка носителя показана в частичном разрезе;[0051] Figure 1A is a perspective view of a data acquisition device in accordance with some embodiments, with the carrier shell shown in partial section;

[0052] Фигура 1B представляет собой вид спереди в разрезе устройства, показанного на Фигуре 1A;[0052] Figure 1B is a front sectional view of the device shown in Figure 1A;

[0053] Фигура 1C представляет собой частично разобранный вид в разрезе инструментальной платформы, сферической опоры и узла основания устройства, показанного на Фигурах 1A и 1B;[0053] Figure 1C is a partially exploded sectional view of the tool platform, spherical support, and base assembly of the device shown in Figures 1A and 1B;

[0054] Фигура 1D представляет собой вид в перспективе устройства, показанного на Фигурах 1A и 1B;[0054] Figure 1D is a perspective view of the device shown in Figures 1A and 1B;

[0055] Фигура 2 представляет собой структурную схему компонентов устройства в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;[0055] Figure 2 is a block diagram of device components in accordance with some embodiments;

[0056] Фигура 3 представляет собой схематическую иллюстрацию утяжеленной в нижней части инструментальной платформы в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;[0056] Figure 3 is a schematic illustration of a bottom-weighted tool platform, in accordance with some embodiments;

[0057] Фигура 4A представляет собой график, иллюстрирующий возникновение шума биения;[0057] Figure 4A is a graph illustrating the occurrence of beat noise;

[0058] Фигура 4B представляет собой график, иллюстрирующий влияние шума биения на измерение;[0058] Figure 4B is a graph illustrating the effect of beat noise on measurement;

[0059] Фигуры 5A-5D иллюстрируют различные примерные конфигурации сферической опоры в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;[0059] Figures 5A-5D illustrate various exemplary spherical support configurations in accordance with some embodiments;

[0060] Фигура 6A представляет собой вид в перспективе примерной системы выравнивания в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;[0060] Figure 6A is a perspective view of an exemplary alignment system in accordance with some embodiments;

[0061] Фигура 6B представляет собой вид в перспективе другой примерной системы выравнивания в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;[0061] Figure 6B is a perspective view of another exemplary alignment system in accordance with some embodiments;

[0062] Фигура 7 представляет собой схематический вид сбоку в разрезе устройства сбора данных в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;[0062] Figure 7 is a schematic side sectional view of a data acquisition device in accordance with some embodiments;

[0063] Фигура 8 представляет собой вид сбоку в частичном разрезе примерной инструментальной платформы, установленной на столбе через сферическую опору, в соответствии с другим вариантом выполнения;[0063] Figure 8 is a partial sectional side view of an exemplary tool platform mounted on a pole via a spherical support, in accordance with another embodiment;

[0064] Фигура 9 представляет собой вид сбоку инструментальной платформы и столба, показанных на Фигуре 8;[0064] Figure 9 is a side view of the tool platform and post shown in Figure 8;

[0065] Фигура 10 представляет собой разобранный вид в перспективе сферической опоры и столба, показанных на Фигуре 8;[0065] Figure 10 is an exploded perspective view of the spherical support and pillar shown in Figure 8;

[0066] Фигура 11 представляет собой график, иллюстрирующий шум движения и геомагнитный спектр в зависимости от частоты для одного примерного варианта выполнения;[0066] Figure 11 is a graph illustrating traffic noise and geomagnetic spectrum versus frequency for one exemplary embodiment;

[0067] Фигура 12 представляет собой структурную схему системы датчиков и контроллеров в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;[0067] Figure 12 is a block diagram of a sensor and controller system in accordance with some embodiments;

[0068] Фигура 13 представляет собой блок-схему способа сбора данных с подвижной инструментальной платформы, имеющей по меньшей мере один датчик векторных составляющих, прикрепленный к ней, в соответствии с некоторыми вариантами выполнения; и[0068] Figure 13 is a flowchart of a method for collecting data from a movable instrument platform having at least one vector component sensor attached thereto, in accordance with some embodiments; and

[0069] Фигура 14 представляет собой блок-схему примерного способа корректировки шума биения в соответствии с некоторыми вариантами выполнения.[0069] Figure 14 is a flowchart of an exemplary method for correcting beat noise, in accordance with some embodiments.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

[0070] Для управления шумом движения необходимо изолировать угловое движение датчика от угловых движений и вибраций носителя. В традиционных аэроэлектромагнитных системах с этой целью обычно используются тросовые подвесы. Однако, как правило, они не способны обеспечить высокую степень устойчивости, необходимую для снижения шума движения, до приемлемых уровней на частотах ниже 20-25 Гц. Способы и системы, раскрытые в настоящем документе, особенно подходят для аэроэлектромагнитной съемки в диапазоне 1-25 Гц.[0070] To control motion noise, it is necessary to isolate the angular motion of the sensor from the angular motions and vibrations of the carrier. In traditional aeroelectromagnetic systems, cable suspensions are usually used for this purpose. However, as a rule, they are not able to provide the high degree of stability necessary to reduce traffic noise to acceptable levels at frequencies below 20-25 Hz. The methods and systems disclosed herein are particularly suitable for airborne electromagnetic surveys in the 1-25 Hz range.

[0071] В соответствии с различными вариантами выполнения настоящего изобретения раскрыто устройство электромагнитной съемки для сбора электромагнитных данных, которое может обеспечивать снижение шума движения. Устройство, раскрытое в настоящем документе, может буксироваться или иным образом перемещаться транспортным средством для сбора данных геофизической съемки. Конкретные варианты выполнения, описанные в настоящем документе, относятся к воздушным устройствам, которые могут буксироваться воздушным транспортным средством. Однако следует понимать, что варианты выполнения изобретения не ограничиваются подвижными носителями для использования в воздушной среде. Концепции, рассмотренные в настоящем документе, могут применяться в других средах, в которых требуется снижение шума движения. Например, транспортное средство, перемещающее устройство, может представлять собой легковой автомобиль, грузовой автомобиль, поезд, лодку и т.д. В других областях применения устройство активно не перемещается транспортным средством и может быть по существу стационарным.[0071] In accordance with various embodiments of the present invention, an electromagnetic survey apparatus for collecting electromagnetic data is disclosed that can reduce traffic noise. The device disclosed herein may be towed or otherwise moved by a vehicle to collect geophysical survey data. The specific embodiments described herein relate to aircraft that can be towed by an aircraft. However, it should be understood that embodiments of the invention are not limited to mobile carriers for use in air. The concepts discussed in this document can be applied to other environments where traffic noise reduction is required. For example, the vehicle moving the device may be a car, a truck, a train, a boat, and so on. In other applications, the device is not actively moved by the vehicle and may be substantially stationary.

[0072] В соответствии с некоторыми аспектами обеспечено устройство, которое включает в себя узел основания, поддерживающий сферическую опору, которая, в свою очередь, поддерживает инструментальную платформу. Инструментальная платформа утяжелена в нижней части и поддерживает датчик векторных составляющих. Другими словами, центр масс инструментальной платформы для по меньшей мере одного датчика векторных составляющих находится под центром вращения, обеспеченным сферической опорой. За счет такого расположения инструментальная платформа может совершать маятниковое движение относительно сферической опоры. Это маятниковое движение может иметь частоту ниже наименьшей частоты полосы частот сбора данных по меньшей мере одного ЭМ-датчика или по меньшей мере ниже части полосы частот сбора данных. Если маятниковое движение имеет частоту ниже по меньшей мере части полосы частот сбора данных, шум движения может по меньшей мере частично подавляться или ослабляться в этой полосе частот. За счет надлежащего выбора инерционных параметров инструментальной платформы шум движения может быть существенно снижен в полосе частот сбора данных датчиков.[0072] In accordance with some aspects, an apparatus is provided that includes a base assembly supporting a spherical support, which in turn supports a tool platform. The instrument platform is weighted at the bottom and supports the vector component sensor. In other words, the center of mass of the instrument platform for at least one vector component sensor is under the center of rotation provided by the spherical support. Due to this arrangement, the tool platform can perform a pendulum movement relative to the spherical support. This pendulum motion may have a frequency below the lowest frequency of the acquisition bandwidth of at least one EM sensor, or at least below a portion of the acquisition bandwidth. If the pendulum motion has a frequency below at least a portion of the acquisition bandwidth, motion noise can be at least partially suppressed or attenuated in that bandwidth. By properly selecting the inertial parameters of the instrument platform, motion noise can be significantly reduced in the acquisition bandwidth of the sensors.

[0073] В некоторых вариантах выполнения собственная частота маятникового движения инструментальной платформы может иметь период более 1 секунды и менее 1000 секунд. Аэроэлектромагнитная съемка может включать в себя это устройство, имеющее утяжеленную в нижней части инструментальную платформу и узел основания, поддерживаемый буксировочной рамой внутри корпуса. Однако, как отмечено выше, устройство также может быть выполнено с возможностью использования в системах сбора данных, не связанных с воздушной средой.[0073] In some embodiments, the natural frequency of the pendulum movement of the tool platform may have a period of more than 1 second and less than 1000 seconds. An aeroelectromagnetic survey may include this device, having a tool platform weighted at the bottom and a base assembly supported by a towing frame inside the hull. However, as noted above, the device may also be configured for use in non-airborne data acquisition systems.

[0074] Фигура 1A представляет собой вид в перспективе устройства 100 сбора АЭМ-данных в соответствии с некоторыми вариантами выполнения. Примерное устройство 100 выполнено с возможностью сбора данных с воздуха, хотя варианты выполнения не ограничиваются воздушными системами. Примерное устройство 100 включает в себя: носитель 101, содержащий оболочку 102 носителя и буксировочную раму 104, установленную внутри оболочки 102 носителя; узел 106 основания, соединенный с буксировочной рамой 104 с помощью соединительного механизма 105 (в этом примере содержащего систему 123 тросовых демпферов, показанную более подробно на Фигуре 1B); сферическую опору 110 (показанную на Фигуре 1B) на узле основания; и инструментальную платформу 108, установленную на сферической опоре 110. В данном примере к инструментальной платформе 108 прикреплены ЭМ-датчики 146 векторных составляющих.[0074] Figure 1A is a perspective view of an AEM data acquisition device 100, in accordance with some embodiments. The exemplary device 100 is configured to collect data from the air, although embodiments are not limited to airborne systems. The exemplary apparatus 100 includes: a carrier 101 comprising a carrier shell 102 and a towing frame 104 mounted within the carrier shell 102; a base assembly 106 connected to the towing frame 104 via a coupling mechanism 105 (in this example comprising a cable damper system 123, shown in more detail in Figure 1B); a spherical support 110 (shown in Figure 1B) on the base assembly; and a tool platform 108 mounted on a spherical support 110. In this example, vector component EM sensors 146 are attached to the tool platform 108.

[0075] В некоторых вариантах выполнения носитель 101 включает в себя оболочку 102 носителя и буксировочную раму 104, а соединительный механизм 105 исключен. В других вариантах выполнения устройство может содержать узел основания и инструментальную платформу, соединенную с узлом основания сферической опорой. Устройство может использоваться с другим носителем или может использоваться самостоятельно. Например, устройство может буксироваться на прицепе. В других вариантах выполнения устройство может быть установлено или подвешено на самом транспортном средстве. В других вариантах выполнения устройство может быть установлено в по существу стационарном положении (например, на платформе или здании), которое все же подвержено небольшому и/или медленному движению с течением времени.[0075] In some embodiments, the carrier 101 includes a carrier shell 102 and a tow frame 104, and the coupling mechanism 105 is omitted. In other embodiments, the device may include a base assembly and a tool platform connected to the base assembly by a spherical support. The device may be used with other media or may be used on its own. For example, the device can be towed on a trailer. In other embodiments, the device may be mounted or suspended on the vehicle itself. In other embodiments, the device may be mounted in a substantially stationary position (eg, on a platform or building) that is still subject to slight and/or slow movement over time.

[0076] Носитель 101, показанный на Фигуре 1A, представляет собой подвижный носитель, который выполнен с возможностью буксировки самолетом или другим воздушным транспортным средством. Выражение «подвижный носитель» в настоящем документе не означает, что носитель всегда подвижен, а скорее означает, что носитель может быть выполнен с возможностью сбора данных в движении. Например, в других вариантах выполнения могут быть использованы другие подвижные носители, например, прицепы, буксируемые платформы или другие средства соединения носителя с транспортным средством.[0076] The carrier 101 shown in Figure 1A is a movable carrier that is capable of being towed by an aircraft or other air vehicle. The term "movable medium" in this document does not mean that the medium is always movable, but rather means that the medium can be configured to collect data on the move. For example, in other embodiments, other movable carriers may be used, such as trailers, towed platforms, or other means of connecting the carrier to the vehicle.

[0077] Варианты выполнения не ограничиваются устройством, которое активно перемещается транспортным средством. В некоторых случаях естественные перемещения земной поверхности, конструкции или здания могут вызывать шум движения в полосе частот сбора данных, даже если устройство по существу неподвижно. В таких случаях утяжеленная в нижней части инструментальная платформа на сферической опоре может снижать такой шум движения.[0077] Embodiments are not limited to a device that is actively moved by a vehicle. In some cases, natural movements of the earth's surface, structure, or building may cause motion noise in the acquisition band, even if the device is substantially stationary. In such cases, a tool platform weighted at the bottom on a spherical support can reduce such driving noise.

[0078] При использовании в воздушной среде оболочка 102 носителя (или оболочка гондолы) может иметь в общем каплевидную форму со скругленным передним концом 114 в форме луковицы и сужающимся хвостом 116, как проиллюстрировано. Оболочка 102 носителя может быть устойчива к погодным условиям. Каплевидная форма подходит для воздушного зондирования, хотя могут быть использованы другие формы. На фигуре оболочка 102 носителя частично удалена для демонстрации буксировочной рамы 104, узла 106 основания и инструментальной платформы 108. Кили 151 вблизи хвостового конца 116 могут обеспечивать некоторую стабильность в полете. Оболочка 102 носителя обеспечена в качестве примера, и следует понимать, что для воздушных носителей могут быть использованы оболочки других форм и конструкций. В случае использования носителя варианты выполнения не ограничиваются конкретной формой оболочки 102 носителя.[0078] When used in an air environment, the carrier shell 102 (or gondola shell) may be generally teardrop shaped with a rounded bulbous front end 114 and a tapered tail 116 as illustrated. The carrier shell 102 may be weather resistant. The teardrop shape is suitable for aerial sensing, although other shapes may be used. In the figure, carrier shell 102 has been partially removed to expose tow frame 104, base assembly 106, and instrument platform 108. Keels 151 near tail end 116 may provide some stability in flight. The carrier shell 102 is provided by way of example, and it should be understood that other shell shapes and designs may be used for air carriers. In the case of using a carrier, the embodiments are not limited to the particular shape of the carrier shell 102 .

[0079] Буксировочная рама 104, показанная на Фигуре 1A, включает в себя основное опорное кольцо 118 и верхнее опорное кольцо 120. От основного опорного кольца в противоположных направлениях продолжаются разделенные буксировочные оси 122a (Фигура 1B) и 122b, которые выходят наружу через оболочку 102 носителя. К осям 122a и 122b устройства 100 и к воздушному транспортному средству (не показано) может быть прикреплен трос 103 (показан на Фигуре 1B). Верхнее опорное кольцо 120 может, например, иметь диаметр, составляющий приблизительно половину диаметра основного опорного кольца 118. В этом примере верхнее опорное кольцо 120 смещено вверх от основного опорного кольца 118 на расстояние, приблизительно равное его диаметру. Верхнее и основное опорные кольца 120 и 118 соединены в общем полусферической несущей оболочкой 119. Оси 122a и 122b поворотно соединены с оболочкой 102 носителя, и буксировочная рама 104 имеет размер и форму, обеспечивающие возможность относительного вращения буксировочной рамы 104 в носителе вокруг горизонтальной оси 121, которая проходит через разделенные буксировочные оси. Буксировочная рама 104 обеспечена в качестве примера, и следует понимать, что для соединения узла основания (например, узла 106 основания) с носителем (например, носителем 101) могут быть использованы другие конструкции. Например, в другом варианте выполнения узел основания может быть подвешен на одном или нескольких тросах от анкера или кронштейна, расположенного в верхней части оболочки носителя или вблизи нее. В других вариантах выполнения узел 106 основания может быть непосредственно соединен с осями 122a и 122b. Варианты выполнения не ограничиваются примерной конструкцией буксировочной рамы 104.[0079] The towing frame 104 shown in Figure 1A includes a main support ring 118 and an upper support ring 120. Extending from the main support ring in opposite directions are split tow axles 122a (Figure 1B) and 122b that extend outward through the shell 102 carrier. A cable 103 (shown in Figure 1B) can be attached to axles 122a and 122b of device 100 and to an aircraft (not shown). Upper support ring 120 may, for example, have a diameter that is approximately half the diameter of main support ring 118. In this example, upper support ring 120 is offset upward from main support ring 118 by a distance approximately equal to its diameter. The upper and main support rings 120 and 118 are connected in common by a hemispherical carrier shell 119. Axles 122a and 122b are rotatably connected to the carrier shell 102, and the towing frame 104 is sized and shaped to allow relative rotation of the towing frame 104 in the carrier about the horizontal axis 121, which passes through the divided towing axles. The towing frame 104 is provided by way of example, and it should be understood that other designs may be used to connect the base assembly (eg, base assembly 106) to the carrier (eg, carrier 101). For example, in another embodiment, the base assembly may be suspended by one or more cables from an anchor or bracket located at or near the top of the carrier shell. In other embodiments, the base assembly 106 may be directly connected to the axles 122a and 122b. Embodiments are not limited to the exemplary design of the towing frame 104.

[0080] Хотя это не показано на Фигуре 1A, в этом примерном варианте выполнения система 123 тросовых демпферов (показана на Фигуре 1B) образует соединительный механизм 105 между узлом 106 основания и буксировочной рамой 104. Конструкция буксировочной рамы 104 показана в качестве примера, и в других вариантах выполнения могут быть использованы буксировочные рамы или узлы других конструкций. Например, другие подходящие конструкции буксировочной рамы раскрыты в публикациях заявок на патенты США № 2015/0034795 и 2011/0175604 на имя Polzer и др., которые включены в настоящий документ путем ссылки.[0080] Although not shown in Figure 1A, in this exemplary embodiment, the rope damper system 123 (shown in Figure 1B) forms a coupling mechanism 105 between the base assembly 106 and the tow frame 104. The structure of the tow frame 104 is shown by way of example, and in in other embodiments, towing frames or assemblies of other designs may be used. For example, other suitable tow frame designs are disclosed in US Patent Application Publication Nos. 2015/0034795 and 2011/0175604 to Polzer et al., which are incorporated herein by reference.

[0081] В этом примере узел 106 основания содержит верхний кольцеобразный обод 126 и нижнее основание 128 с разнесенными друг от друга ребрами 130, проходящими между ними. Ребра 130 соединяют основание 128 и верхний обод 126. Каждое ребро 130 прикреплено к верхнему ободу 126. Ребра 130 продолжаются вниз сначала наружу, а затем загибаются внутрь, пересекаясь с основанием 128. В этом примере вокруг верхнего обода 126 равномерно разнесено шесть ребер 130. Таким образом, смежные ребра 130 расположены под углом приблизительно 60 градусов относительно друг друга. В других вариантах выполнения может использоваться другая конструкция узла основания, и может быть обеспечено большее или меньшее количество ребер.[0081] In this example, the base assembly 106 includes an upper annular rim 126 and a lower base 128 with spaced apart ribs 130 extending therebetween. The ribs 130 connect the base 128 and the top rim 126. Each rib 130 is attached to the top rim 126. The ribs 130 continue down first outward and then fold inward, intersecting with the base 128. In this example, six ribs 130 are evenly spaced around the top rim 126. Thus thus, adjacent ribs 130 are at an angle of approximately 60 degrees relative to each other. In other embodiments, a different base assembly design may be used and more or fewer ribs may be provided.

[0082] Фигура 1B представляет собой вид спереди в разрезе устройства 100, показанного на Фигуре 1A. В этом примере соединительный механизм 105 между буксировочной рамой 104 и узлом 106 основания представляет собой систему 123 тросовых демпферов, но это лишь один из возможных вариантов. Однако, следует понимать, что также могут быть использованы другие конструкции соединительного механизма. Смотри, например, виброизолирующую демпферную систему, описанную в публикации патента США № 2011/0175604 на имя Polzer и др., которая включена в настоящий документ путем ссылки.[0082] Figure 1B is a front sectional view of the device 100 shown in Figure 1A. In this example, the connecting mechanism 105 between the towing frame 104 and the base unit 106 is a cable damper system 123, but this is only one of the possible options. However, it should be understood that other designs of the coupling mechanism may also be used. See, for example, the anti-vibration damper system described in US Patent Publication No. 2011/0175604 to Polzer et al., which is incorporated herein by reference.

[0083] Система 123 тросовых демпферов содержит множество пневматических тросовых демпферов 132a и 132b, по одному для каждого ребра 130. Каждый тросовый демпфер 132a и 132b прикреплен к внутренней части буксировочной рамы 104 и выровнен с соответствующим ребром 130 узла 106 основания. В этом примере обеспечено шесть тросовых демпферов 132a и 132b (по одному для каждого ребра 130). Каждый тросовый демпфер 132a и 132b выполнен в виде пневматического цилиндра на аэростатической опоре, как раскрыто в публикации заявки на патент США № 2015/0034795 на имя Polzer и др. Каждый тросовый демпфер 132a и 132b содержит пару пневматических поршней (не показаны), поддерживаемых в кассете 134a или 134b. В этом примере концы пневматических поршней заканчиваются на общем поперечном элементе (не показан). Каждый тросовый демпфер 132a и 132b дополнительно включает в себя соответствующий шкив 136a или 136b и трос 138a или 138b. Каждый трос 138a и 138b прикреплен к соответствующей кассете 134a или 134b и накинут на соответствующий шкив 136a или 136b для удержания веса узла 106 основания. Каждый трос 138a и 138b заканчивается на соответствующем креплении 140 на конце 142 соответствующего ребра 130.[0083] Cable damper system 123 includes a plurality of pneumatic cable dampers 132a and 132b, one for each rib 130. Each cable damper 132a and 132b is attached to the interior of the tow frame 104 and aligned with the corresponding rib 130 of the base assembly 106. In this example, six cable dampers 132a and 132b are provided (one for each rib 130). Each cable damper 132a and 132b is an aerostatically supported pneumatic cylinder as disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 2015/0034795 to Polzer et al. cassette 134a or 134b. In this example, the ends of the pneumatic pistons terminate on a common cross member (not shown). Each cable damper 132a and 132b further includes a respective pulley 136a or 136b and cable 138a or 138b. Each cable 138a and 138b is attached to a respective cassette 134a or 134b and draped over a respective pulley 136a or 136b to support the weight of the base assembly 106. Each cable 138a and 138b terminates at a respective anchorage 140 at the end 142 of a respective rib 130.

[0084] В этом примере три тросовых демпфера 132a обеспечены тросом 138a, продолжающимся от нижнего конца 143 кассеты 134a, так что трос 138a продолжается в частично поперечном направлении до соответствующего ребра 130. Три других тросовых демпфера 132b обеспечены тросом 138b, продолжающимся от верхнего конца 145 кассеты 134b, так что трос 138b продолжается вниз в по существу вертикальном направлении до соответствующего ребра 130, как показано.[0084] In this example, the three cable dampers 132a are provided with a cable 138a extending from the lower end 143 of the cassette 134a so that the cable 138a extends in a partially transverse direction to the corresponding rib 130. The other three cable dampers 132b are provided with a cable 138b extending from the upper end 145 cassette 134b so that cable 138b continues down in a substantially vertical direction to the corresponding rib 130 as shown.

[0085] Кольцеобразный обод 126, показанный на Фигуре 1A, обозначен пунктирными линиями на Фигуре 1B, так что видна сферическая опора 110. В направлении вокруг обода 126 тросовые демпферы 132a и 132b расположены чередующимся образом, так что каждое ребро 130, которое соединено с вертикально выровненным тросом 138b, расположено смежно с двумя ребрами 130, соединенными с частично поперечным тросом 138a, и наоборот. Пунктирные линии, иллюстрирующие положение тросов 138a и 138b, также показаны на Фигуре 1A. Пневматические поршни кассет 134a и 134b могут ослаблять вибрации носителя 101 на узле 106 основания. В этом варианте выполнения каждый вертикально поддерживающий тросовый демпфер 132b равноудален в горизонтальном направлении от соседних поперечно поддерживающих тросовых демпферов 132a. Таким образом, тросовые демпферы 132a и 132b могут ослаблять вертикальные и горизонтальные вибрации оболочки 102 носителя и буксировочной рамы 104.[0085] The annular rim 126 shown in Figure 1A is indicated by dotted lines in Figure 1B so that the spherical support 110 is visible. aligned cable 138b is adjacent to two ribs 130 connected to a partially transverse cable 138a, and vice versa. Dashed lines illustrating the position of cables 138a and 138b are also shown in Figure 1A. The pneumatic pistons of the cassettes 134a and 134b can dampen vibrations of the carrier 101 on the base assembly 106. In this embodiment, each vertically supporting cable damper 132b is equidistant in the horizontal direction from adjacent transversely supporting cable dampers 132a. Thus, the cable dampers 132a and 132b can dampen the vertical and horizontal vibrations of the carrier shell 102 and the towing frame 104.

[0086] Со ссылкой на Фигуру 1B узел 106 основания содержит опорную стойку 144, которая продолжается вверх от основания 128, поддерживая инструментальную платформу 108 через сферическую опору 110. Ребра 130 поддерживают опорную стойку 144, которая вертикально выступает из точки пересечения ребер 130, поддерживая сферическую опору 110, на которой установлена инструментальная платформа 108. В этом варианте выполнения опорная стойка выполнена в виде столба, однако в других вариантах выполнения могут быть использованы другие конструкции опорной стойки. Выражение «опорная стойка», используемое в настоящем документе, не обязательно означает опорную стойку, продолжающуюся вверх от конструкции основания. Например, опорная стойка может содержать один или более участков, которые продолжаются по меньшей мере частично горизонтально или под углом. Опорная стойка может представлять собой любую конструкцию, подходящую для поддержания сферической опоры и инструментальной платформы.[0086] Referring to Figure 1B, the base assembly 106 includes a support post 144 that extends upward from the base 128 supporting the tool platform 108 through the spherical support 110. The ribs 130 support the support post 144 that protrudes vertically from the point where the ribs 130 intersect, supporting the spherical a support 110 on which the tool platform 108 is mounted. In this embodiment, the support column is in the form of a pole, however, other designs of the support column may be used in other embodiments. The expression "support post" as used herein does not necessarily mean a support post extending upward from the base structure. For example, the support leg may include one or more sections that extend at least partially horizontally or at an angle. The support column may be of any design suitable for supporting the spherical support and tool platform.

[0087] Совместно множество ребер 130 образуют полость, частично принимающую инструментальную платформу 108 и позволяющую вращение инструментальной платформы 108 вокруг сферической опоры 110 без столкновения со сторонами полости, как наилучшим образом показано на Фигуре 1B. В этом примере ребра 130 конструктивно поддерживаются дополнительными панелями 131.[0087] Together, the plurality of ribs 130 form a cavity partially receiving the tool platform 108 and allowing the tool platform 108 to rotate around the spherical support 110 without colliding with the sides of the cavity, as best shown in Figure 1B. In this example, the ribs 130 are structurally supported by additional panels 131.

[0088] В этом примере инструментальная платформа 108 является жесткой и удерживает множество датчиков 146 векторных составляющих. Инструментальная платформа 108 может быть «жесткой» в том смысле, что шум движения, связанный с деформациями инструментальной платформы 108, не так существенен по сравнению с другим шумом движения. Датчики 146 могут представлять собой электромагнитные (ЭМ) датчики векторных составляющих. В некоторых вариантах выполнения датчики 146 могут содержать три или более датчиков. Например, датчики 146 векторных составляющих могут включать в себя три независимо ориентированных датчика векторных составляющих. Некоторые варианты выполнения могут включать в себя четыре или более датчиков. Варианты выполнения не ограничиваются конкретным количеством или конструкцией датчиков векторных составляющих. Инструментальная платформа 108 утяжелена в нижней части, так что ее центр тяжести находится под центром вращения вокруг сферической опоры.[0088] In this example, the instrument platform 108 is rigid and holds a plurality of vector component sensors 146. The tool platform 108 may be "stiff" in the sense that motion noise associated with tool platform 108 deformations is not as significant as other motion noise. Sensors 146 may be electromagnetic (EM) vector component sensors. In some embodiments, sensors 146 may include three or more sensors. For example, vector component sensors 146 may include three independently oriented vector component sensors. Some embodiments may include four or more sensors. Embodiments are not limited to a specific number or design of vector component sensors. The tool platform 108 is weighted at the bottom so that its center of gravity is under the center of rotation around the spherical support.

[0089] В альтернативном варианте выполнения сферическая опора может быть прикреплена непосредственно к носителю или может поддерживаться непосредственно носителем 101. В некоторых вариантах выполнения узел основания может быть частью носителя или может быть встроен в носитель. Например, в некоторых вариантах выполнения сферическая опора может быть установлена на носителе, в связи с чем часть носителя служит в качестве узла основания.[0089] In an alternative embodiment, the spherical support may be attached directly to the wearer or may be supported directly by the wearer 101. In some embodiments, the base assembly may be part of the wearer or may be built into the wearer. For example, in some embodiments, a spherical support may be mounted on a carrier, whereby a portion of the carrier serves as a base assembly.

[0090] В некоторых вариантах выполнения установка сферической опоры 110 на носителе может содержать признаки, раскрытые в публикации заявки на патент США № 2011/0175604 (на имя Polzer и др.).[0090] In some embodiments, mounting the spherical support 110 on a carrier may include the features disclosed in US Patent Application Publication No. 2011/0175604 (to Polzer et al.).

[0091] В некоторых вариантах выполнения соединительный механизм между носителем 101 и узлом 106 основания не является системой тросовых демпферов. В некоторых вариантах выполнения соединительный механизм может содержать пневматическую систему демпфирования вибраций и связанные системы, раскрытые в публикации заявки на патент США № 2013/0200248 (A1) на имя Polzer и др., содержание которой включено в настоящий документ путем ссылки. Сжатый воздух может подаваться из насоса подачи воздуха, установленного на буксировочном тросе, в носитель по трубе подачи воздуха, установленной на буксировочном тросе.[0091] In some embodiments, the connection mechanism between carrier 101 and base assembly 106 is not a cable damper system. In some embodiments, the coupling mechanism may include a pneumatic vibration damping system and associated systems disclosed in US Patent Application Publication No. 2013/0200248 (A1) to Polzer et al., the contents of which are incorporated herein by reference. Compressed air can be supplied from the air supply pump mounted on the towline to the carrier through the air supply pipe mounted on the towline.

[0092] Носитель 101 может быть стабилизирован для буксировки по воздуху за счет распределения веса таким образом, что вес носителя и его содержимого ниже оси 121 превышает вес, расположенный выше оси.[0092] The carrier 101 can be stabilized for air towing by distributing the weight such that the weight of the carrier and its contents below the axle 121 is greater than the weight above the axle.

[0093] При подъеме носителя 101 воздушным транспортным средством оси 122a и 122b поддерживают его вес. Оболочка 102 носителя может поворачиваться вокруг оси 121 и не может передавать крутящий момент на внутренние системы, которые могут сохранять свою приблизительно вертикальную ориентацию. При перемещении летательного аппарата вперед воздушный поток вокруг оболочки 102 носителя может вызывать вращение оболочки носителя вокруг горизонтальной оси 121. Поскольку оболочка носителя поворотно соединена с осями 122a и 122b, любое такое вращение по существу не связано с буксировочной рамой 104 и, следовательно, с инструментальной платформой 108, которую она поддерживает.[0093] As carrier 101 is lifted by an air vehicle, axles 122a and 122b support its weight. The carrier shell 102 is rotatable about axis 121 and cannot transmit torque to the internal systems, which may maintain their approximately vertical orientation. As the aircraft moves forward, the airflow around the carrier shell 102 may cause the carrier shell to rotate about the horizontal axis 121. Because the carrier shell is rotatably coupled to the axes 122a and 122b, any such rotation is substantially unrelated to the towing frame 104 and hence the tool platform. 108, which she supports.

[0094] Фигура 1C представляет собой разобранный вид в разрезе узла 106 основания, сферической воздушной опоры 110 и инструментальной платформы 108 по отдельности в соответствии с некоторыми вариантами выполнения. Кольцеобразный обод 126, показанный на Фигуре 1A, обозначен пунктирными линиями на Фигуре 1C, так что видна сферическая опора 110. В этом примере инструментальная платформа 108 имеет нижний участок 152, содержащий полый конус 157 (который может представлять собой усеченный конус) с верхней внутренней вершиной 153, которая находится в зацеплении и поддерживается на сферической воздушной опоре 110. Инструментальная платформа 108 также имеет верхний участок 154, содержащий цилиндрическую часть или шток 159, который продолжается вверх от конуса 157, над вершиной 153 и в обращенную вниз полусферическую полость, образованную буксировочной рамой 104 (показанной на Фигурах 1A и 1B). Главная ось 156 инструментальной платформы проходит через конус 157 и шток 159. Сферическая опора 110 обеспечивает низкофрикционное или практически бесфрикционное вращение относительно главной оси 156 инструментальной платформы, называемое «поворотным вращением» или «креном и тангажом», а также вращение платформы вокруг главной оси 156, которое называется либо «вращением», либо «рысканием». В некоторых вариантах выполнения сферическая опора 110 является единственным механическим соединением между узлом 106 основания и инструментальной платформой 108.[0094] Figure 1C is an exploded sectional view of base assembly 106, spherical air support 110, and tool platform 108 individually, in accordance with some embodiments. The annular rim 126 shown in Figure 1A is indicated by dotted lines in Figure 1C so that the spherical support 110 is visible. In this example, the tool platform 108 has a lower portion 152 containing a hollow cone 157 (which may be a truncated cone) with an upper inner vertex 153 that is engaged and supported on a spherical air support 110. The tool platform 108 also has an upper portion 154 containing a cylindrical portion or stem 159 that extends upward from the cone 157, over the top 153 and into the downwardly facing hemispherical cavity formed by the towing frame. 104 (shown in Figures 1A and 1B). The main axis 156 of the instrument platform passes through the cone 157 and the stem 159. The spherical bearing 110 provides low-friction or virtually frictionless rotation about the main axis 156 of the instrument platform, called "rotation rotation" or "roll and pitch", as well as rotation of the platform around the main axis 156, which is called either "rotation" or "yaw". In some embodiments, the spherical support 110 is the only mechanical connection between the base assembly 106 and the tool platform 108.

[0095] Узел 106 основания включает в себя главный участок 155 основания (содержащий ребра 130, основание 128 и обод 126) и опорную стойку 144 в форме столба, которая надежно прикреплена к главному участку 155 основания и продолжается вверх от него. Ребра 130 узла 106 основания имеют такие размеры и расположены под таким углом, чтобы обеспечивать диапазон крена и тангажа инструментальной платформы 108 на сферической воздушной опоре 110 на 10-30 градусов.[0095] The base assembly 106 includes a main base section 155 (comprising ribs 130, a base 128, and a rim 126) and a pillar-shaped support leg 144 that is securely attached to and extends upwardly from the main base section 155. The ribs 130 of the base assembly 106 are sized and angled to provide a range of roll and pitch of the instrument platform 108 on the spherical air support 110 by 10-30 degrees.

[0096] Варианты выполнения не ограничиваются конкретной конструкцией узла 106 основания, показанной на Фигурах 1A и 1B. Например, в другом варианте выполнения узел основания может содержать блок с опорной стойкой на нем для поддержания сферической опоры и инструментальной платформы. Для поддержания сферической опоры и инструментальной платформы может быть использована любая подходящая конструкция.[0096] Embodiments are not limited to the particular design of the base assembly 106 shown in Figures 1A and 1B. For example, in another embodiment, the base assembly may comprise a block with a support leg on it to support the spherical support and tool platform. Any suitable structure may be used to support the spherical support and tool platform.

[0097] В этом варианте выполнения сферическая опора 110 включает в себя выступающую, скругленную часть 158, прикрепленную к инструментальной платформе 108, и седло 160, прикрепленное к опорной стойке 144. Выступающая часть 158 взаимодействует с седлом 160, обеспечивая низкофрикционное или практически бесфрикционное вращение.[0097] In this embodiment, the spherical seat 110 includes a raised, rounded portion 158 attached to the tool platform 108 and a seat 160 attached to the support post 144. The raised portion 158 cooperates with the seat 160 to provide low friction or substantially frictionless rotation.

[0098] На инструментальной платформе 108, показанной на Фигуре 1B, также обеспечена дополнительная система 650 выравнивания (рассмотрена более подробно ниже со ссылкой на Фигуру 6C).[0098] An additional alignment system 650 is also provided on the tool platform 108 shown in Figure 1B (discussed in more detail below with reference to Figure 6C).

[0099] На Фигуре 1C также показан экранированный отсек 170 электронного оборудования, который может вмещать высокоточный трехкомпонентный акселерометр 164 или в некоторых вариантах выполнения электрические компоненты, создающие помехи.[0099] Figure 1C also shows a shielded electronics bay 170 that can accommodate a high-precision 3-way accelerometer 164 or, in some embodiments, interfering electrical components.

[00100] Фигура 1D представляет собой вид в перспективе носителя 101 и троса 103. Носитель 101 подвешен с обеих сторон на буксировочном тросе 103, который прикреплен к летательному аппарату (не показан). Буксировочный трос 103 может раздваиваться, образуя пару буксировочных тросов в форме перевернутой буквы «Y», причем раздвоенные участки перевернутой «Y» прикреплены к противоположным сторонам носителя 101. В этом варианте выполнения концы буксировочного троса 103 прикреплены к жестким буксировочным кронштейнам 125, которые жестко передают поддерживающие усилия через оси 122a и 122b на буксировочную раму 104 (показанную на Фигурах 1A и 1B) и оболочку 102 носителя. В других вариантах выполнения буксировочный трос 103 может быть непосредственно прикреплен к буксировочной раме и оболочке носителя или иным образом поддерживать их. Для соединения носителя 101 с транспортным средством может быть использован любой подходящий способ.[00100] Figure 1D is a perspective view of a carrier 101 and a tether 103. The carrier 101 is suspended on both sides from a tow tether 103 that is attached to an aircraft (not shown). The towline 103 can be bifurcated to form a pair of inverted "Y" shaped towlines, with the bifurcated sections of the inverted "Y" attached to opposite sides of the carrier 101. In this embodiment, the ends of the towline 103 are attached to rigid towbars 125 that rigidly transmit supporting forces through axles 122a and 122b onto tow frame 104 (shown in Figures 1A and 1B) and carrier shell 102. In other embodiments, the towline 103 may be directly attached to or otherwise support the tow frame and carrier shell. Any suitable method may be used to connect the carrier 101 to the vehicle.

[00101] При приземлении на землю вес носителя поддерживается посадочными опорами 150. После приземления буксировочный трос 103 провисает и может размещаться на земле. Фигура 1B иллюстрирует конфигурацию буксировочного троса в случае, когда носитель находится в воздухе и поддерживается буксировочными тросами.[00101] Upon landing on the ground, the weight of the carrier is supported by the landing legs 150. After landing, the towline 103 sags and can be placed on the ground. Figure 1B illustrates the configuration of the tow line when the carrier is in the air and supported by the tow lines.

[00102] В устройстве 100, показанном на Фигурах 1A-1D, центр вращения, обеспеченный сферической опорой 110, находится над центром масс инструментальной платформы 108, что делает инструментальную платформу «утяжеленной в нижней части».[00102] In the device 100 shown in Figures 1A-1D, the center of rotation provided by the spherical support 110 is above the center of mass of the tool platform 108, making the tool platform "heavy at the bottom".

[00103] Фигура 2 представляет собой структурную схему, иллюстрирующую структурную компоновку устройства 100, показанного на Фигурах 1A-1D. Стрелки 202a-202f, показанные на Фигуре 2, указывают направление поддерживающих усилий. Носитель 101 который включает в себя оболочку 102 носителя и буксировочную раму 104, показанные на Фигуре 1A, может буксироваться транспортным средством (не показано) на буксировочном тросе 103. Носитель 101 поддерживает узел 106 основания с помощью соединительного механизма 105. В частности, в примере, показанном на Фигурах 1A-1D, буксировочная рама 104 носителя 101 поддерживает узел основания с помощью соединительного механизма 105. В устройстве 100, показанном на Фигурах 1A-1D, соединительный механизм 105 содержит систему 123 тросовых демпферов, показанную на Фигуре 1B. Однако могут быть использованы другие соединительные системы. Узел 106 основания поддерживает сферическую опору 110, которая, в свою очередь, поддерживает утяжеленную в нижней части инструментальную платформу 108.[00103] Figure 2 is a block diagram illustrating the structural layout of the device 100 shown in Figures 1A-1D. Arrows 202a-202f shown in Figure 2 indicate the direction of the supporting forces. The carrier 101, which includes the carrier shell 102 and the towing frame 104 shown in Figure 1A, may be towed by a vehicle (not shown) on a towline 103. The carrier 101 supports the base assembly 106 with the coupling mechanism 105. Specifically, in the example, shown in Figures 1A-1D, the towing frame 104 of the carrier 101 supports the base assembly with a coupling mechanism 105. In the apparatus 100 shown in Figures 1A-1D, the coupling mechanism 105 comprises the cable damper system 123 shown in Figure 1B. However, other connection systems may be used. The base assembly 106 supports a spherical support 110 which in turn supports a lower weighted tool platform 108.

[00104] В некоторых вариантах выполнения (например, в гравиметрических системах) узел основания может содержать трехосевую платформу с компенсацией движения. Например, такие системы могут быть установлены на летательном аппарате.[00104] In some embodiments (for example, in gravimetric systems), the base assembly may comprise a three-axis platform with motion compensation. For example, such systems may be installed on an aircraft.

[00105] Инструментальная платформа 108 может содержать решетку или ферму, листовые или пластинчатые поверхности или их сочетание.[00105] The tool platform 108 may include a grid or truss, sheet or plate surfaces, or a combination thereof.

[00106] Как отмечено выше, на инструментальной платформе 108 закреплен по меньшей мере один датчик 146 векторных составляющих. В этом варианте выполнения по меньшей мере один датчик 146 включает в себя один или более ЭМ-датчиков векторных составляющих. ЭМ-датчики могут представлять собой ЭМ-датчики градиентометрического или иного типа. Хотя примеры, описанные в настоящем документе, относятся к ЭМ-датчикам, следует понимать, что варианты выполнения не ограничиваются использованием ЭМ-датчиков, и в других вариантах выполнения на инструментальной платформе могут быть установлены другие типы датчиков векторных составляющих. В других вариантах выполнения датчики 146 могут включать в себя один или более гравиметрических датчиков, которые также могут представлять собой гравиметрические датчики градиентометрического или иного типа. Также могут быть использованы другие типы градиентометрических датчиков векторных составляющих. Варианты выполнения не ограничиваются сбором данных конкретного типа.[00106] As noted above, at least one vector component sensor 146 is attached to the tool platform 108. In this embodiment, at least one sensor 146 includes one or more vector component EM sensors. The EM sensors may be gradiometric or other type of EM sensors. Although the examples described herein refer to EM sensors, it should be understood that the embodiments are not limited to the use of EM sensors, and other types of vector component sensors may be installed on the instrumentation platform in other embodiments. In other embodiments, sensors 146 may include one or more gravimetric sensors, which may also be gradiometric or other type of gravimetric sensors. Other types of gradiometric vector component sensors may also be used. The implementation options are not limited to collecting a particular type of data.

[00107] Варианты выполнения не ограничиваются конкретной конструкцией, показанной на Фигурах 1A-1C. Например, инструментальная платформа может иметь множество различных форм. В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа является по существу сплющенной. Например, инструментальная платформа может быть иметь приблизительную дискообразную форму. В случае сплющенной инструментальной платформы дистальные части инструментальной платформы могут продолжаться в поперечном направлении от сферической опоры. В других вариантах выполнения инструментальная платформа является по существу вытянутой. В этом случае дистальные части инструментальной платформы могут лежать по существу над и под сферической опорой.[00107] Embodiments are not limited to the specific design shown in Figures 1A-1C. For example, a tool platform may take many different forms. In some embodiments, the tool platform is substantially flattened. For example, the tool platform may be approximately disc-shaped. In the case of a flattened instrument platform, the distal portions of the instrument platform may extend transversely from the spherical support. In other embodiments, the tool platform is substantially elongated. In this case, the distal portions of the instrument platform may lie substantially above and below the spherical support.

[00108] Инструментальная платформа может содержать конструкцию для установки одного или более ЭМ-датчиков, используемых для сбора данных ЭМ-съемки, и может поддерживать электронное оборудование и вспомогательные датчики, необходимые для сбора данных и последующей обработки. В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа является жесткой. Инструментальная платформа может иметь высокий момент инерции. Сферическая опора может быть единственной точкой контакта между узлом основания и инструментальной платформой. Инструментальная платформа вращается на сферической опоре вокруг одной точки, а именно «центра вращения».[00108] The instrumentation platform may include a structure for mounting one or more EM sensors used to collect EM survey data and may support the electronics and auxiliary sensors required for data acquisition and post-processing. In some embodiments, the tool platform is rigid. The tool platform may have a high moment of inertia. The spherical support may be the only point of contact between the base assembly and the tool platform. The tool platform rotates on a spherical support around one point, namely the "center of rotation".

[00109] Данные ЭМ-датчиков могут собираться непрерывно при условии, что пределы углового движения инструментальной платформы вокруг сферической опоры не достигнуты. Таким образом, по меньшей мере один ЭМ-датчик, установленный на инструментальной платформе, может быть по существу не связан с вибрационным движением носителя, который может наклоняться под углом тангажа и крена вокруг него.[00109] EM sensor data can be collected continuously provided that the limits of the tool platform's angular movement around the spherical support are not reached. Thus, at least one EM sensor mounted on the instrument platform may be substantially unrelated to the vibratory motion of the carrier, which may pitch and roll around it.

[00110] Фигура 3 представляет собой схематический вид сбоку примерной инструментальной платформы 300 в соответствии с некоторыми вариантами выполнения. Прямоугольный профиль, показанный на Фигуре 3, необязательно представляет реальную форму инструментальной платформы 300. Скорее, Фигура 3 просто иллюстрирует утяжеленный в нижней части характер инструментальной платформы 300. Например, инструментальная платформа 300, показанная на Фигуре 3, может иметь конструкцию и форму инструментальной платформы 108, показанной на Фигурах 1A-1C.[00110] Figure 3 is a schematic side view of an exemplary tool platform 300, in accordance with some embodiments. The rectangular profile shown in Figure 3 does not necessarily represent the actual shape of the tool platform 300. Rather, Figure 3 simply illustrates the bottom-heavy nature of the tool platform 300. For example, the tool platform 300 shown in Figure 3 may have the design and shape of the tool platform 108 shown in Figures 1A-1C.

[00111] Инструментальная платформа 300 имеет центр 304 масс и центр 306 вращения. Центр 306 вращение представляет собой точку, в которой инструментальная платформа 300 в собранном состоянии будет вращаться вокруг сферической опоры (например, сферической опоры 110, показанной на Фигуре 1C). Фигура 3 показывает взаимосвязь между центром 304 масс и центром 306 вращения инструментальной платформы 300. В частности, инструментальная платформа 300 утяжелена в нижней части. В утяжеленной в нижней части инструментальной платформе 300 центр 304 масс находится под центром 306 вращения, причем поддержка обеспечивается сферической опорой (не показана). Главная ось 308 инструментальной платформы 300 может быть определена как ось, проходящая через центр 306 вращения и центр 304 масс. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения инструментальная платформа 300 содержит верхнюю часть 310, расположенную над центром 306 вращения, и нижнюю часть 312, расположенную под центром 306 вращения.[00111] The tool platform 300 has a center of mass 304 and a center of rotation 306. Center of rotation 306 is the point at which the tool platform 300, when assembled, will rotate around a spherical support (eg, spherical support 110 shown in Figure 1C). Figure 3 shows the relationship between the center of mass 304 and the center of rotation 306 of the tool platform 300. In particular, the tool platform 300 is weighted at the bottom. In the lower-weighted tool platform 300, the center of mass 304 is located under the center of rotation 306, with support provided by a spherical support (not shown). The main axis 308 of the tool platform 300 can be defined as an axis passing through the center of rotation 306 and the center 304 of mass. In accordance with some embodiments, the tool platform 300 includes an upper portion 310 located above the center of rotation 306 and a lower portion 312 located below the center of rotation 306 .

[00112] Схематический вид, показанный на Фигуре 3, не предназначен для представления реальной формы инструментальной платформы 300, в скорее для иллюстрации взаимосвязи центра 304 масс и центра 306 вращения. Реальная форма инструментальной платформы 300 может варьироваться. Например, верхняя часть 310 может быть выполнена в форме штока, а нижняя часть может быть в общем конической. Также возможны другие формы (сплющенная, вытянутая и т.д.). Утяжеление инструментальной платформы в нижней части может быть реализовано различными путями. Например, размеры, материалы и форма нижней и верхней частей 312 и 310 могут быть подобраны для обеспечения утяжеления в нижней части. Например, по сравнению утяжеленной по центру инструментальной платформой (где центр масс и центр вращение совмещены) нижняя часть 312 инструментальной платформы 300 может быть больше по размеру, может быть выполнена из более тяжелого материала, может быть толще или может быть утяжелена иным образом для обеспечения более низкого центра масс инструментальной платформы 300. Варианты выполнения не ограничиваются каким-либо конкретным способом утяжеления нижней части инструментальной платформы.[00112] The schematic view shown in Figure 3 is not intended to represent the actual shape of the tool platform 300, but rather to illustrate the relationship of the center of mass 304 and the center of rotation 306. The actual shape of the tool platform 300 may vary. For example, the top portion 310 may be rod-shaped and the bottom portion may be generally tapered. Other shapes (flattened, elongated, etc.) are also possible. The weighting of the tool platform in the lower part can be implemented in various ways. For example, the dimensions, materials, and shape of the bottom and top portions 312 and 310 can be adjusted to provide weight at the bottom. For example, compared to a centrally weighted tool platform (where the center of mass and center of rotation are aligned), the lower portion 312 of the tool platform 300 may be larger, may be made of a heavier material, may be thicker, or may be otherwise weighted to provide more low center of gravity of the tool platform 300. Embodiments are not limited to any particular method of weighting the lower part of the tool platform.

[00113] Инструментальная платформа 300 в состоянии покоя может быть вертикально сбалансирована с ее главной осью 308.[00113] The tool platform 300 at rest can be vertically balanced with its main axis 308.

[00114] Силы, действующие на утяжеленную в нижней части инструментальную платформу 300, могут создавать разбалансирующий крутящий момент, поскольку центр 304 масс смещен от центра 306 вращения. Разбалансирующий крутящий момент может содержать гравитационный восстанавливающий крутящий момент, а также «крутящие моменты движения», обусловленные вибрациями сферической опоры, вызванными движениями носителя. Из-за периодического движения инструментальной платформы, обусловленного гравитационным восстанавливающим крутящим моментом, может возникать шум маятникового движения. Из-за ускорений сферической опоры, обусловленных вибрациями носителя, может возникать шум биения. Когда эти ускорения перпендикулярны главной оси 308, крутящий момент может воздействовать на инструментальную платформу 300, заставляя ее поворачиваться и вызывая угловое движение. Совместно шум маятникового движения и шум биения называются шумом разбалансировки. Хотя утяжеление в нижней части может вызывать шум разбалансировки, значительная часть шума разбалансировки может быть удалена из ЭМ-данных или может иметь настолько низкую амплитуду, что является несущественной.[00114] Forces acting on the lower weighted tool platform 300 can create an unbalancing torque because the center of mass 304 is offset from the center of rotation 306 . The unbalancing torque may include gravitational restoring torque as well as "moving torques" due to vibrations of the spherical support caused by motions of the wearer. Due to the periodic movement of the tool platform due to the gravitational restoring torque, pendulum motion noise may occur. Due to the accelerations of the spherical bearing due to the carrier vibrations, beat noise can occur. When these accelerations are perpendicular to the main axis 308, a torque may be applied to the tool platform 300 causing it to rotate and causing an angular motion. Together, the pendulum noise and the beat noise are called unbalance noise. Although the heaviness at the bottom may cause unbalance noise, a significant amount of the unbalance noise may be removed from the EM data or may be of such low amplitude as to be unimportant.

[00115] При нахождении инструментальной платформы 300 в вертикальном положении с центром 304 масс, расположенным прямо под центром 306 вращения, гравитационные силы будут действовать через центр вращения, и гравитационный восстанавливающий крутящий момент будет отсутствовать.[00115] When the tool platform 300 is in a vertical position with the center of mass 304 located just below the center of rotation 306, gravitational forces will act through the center of rotation and there will be no gravitational restoring torque.

[00116] В случае наклона инструментальной платформы гравитационный восстанавливающей крутящий момент может препятствовать вращательному движению при наклоне или вращении из вертикального положения. Гравитационный восстанавливающий крутящий момент может предотвращать или задерживать достижение инструментальной платформой пределов диапазона вращения вокруг центра вращения.[00116] If the tool platform is tilted, the gravitational restoring torque may prevent rotational movement when tilted or rotated from a vertical position. The gravitational restoring torque may prevent or delay the tool platform from reaching the limits of the range of rotation around the center of rotation.

[00117] Уравновешивание в нижней части может продлевать время сбора данных по сравнению с временем, которое может быть получено для уравновешенной по центру инструментальной платформы, возможно, без привязей, исполнительных механизмов или других активных систем управления ориентацией, и исключать шум, обусловленный этими системами.[00117] Balancing at the bottom can extend the data acquisition time compared to the time that can be obtained with a centrally balanced instrument platform, possibly without tethers, actuators or other active attitude control systems, and eliminate the noise caused by these systems.

[00118] Характеристики шума маятникового движения и шума биения могут быть спрогнозированы на основе инерционных свойств инструментальной платформы 300. Инструментальная платформа 300 может характеризоваться моментами Ih и Iz инерции вокруг горизонтальной оси и главной (или вертикальной) оси 308, массой m и расстоянием L между центром 304 масс и центром 306 вращения, вокруг которого она вращается. Так как центр масс расположен под центром вращения, инструментальная платформа может совершать свободное маятниковое движение на сферической опоре с собственной частотой F=1/(2×pi)× кв. корень((m×g×L)/Ih). При использовании достаточно низкой степени разбалансировки (m×L) и высокого момента Ih инерции собственная частота шума маятникового движения может быть значительно ниже полосы частот сбора данных ЭМ-датчиков. Таким образом, инструментальная платформа может иметь частоту маятникового движения, которая подавляет шум движения в полосе частот сбора данных датчика (датчиков) векторных составляющих на инструментальной платформе. В данном контексте глагол «подавлять» не означает, что шум движения обязательно устраняется или является незначительным, а скорее, что шум движения утяжеленной в нижней части инструментальной платформы снижается утяжеленной в нижней части платформой.[00118] The characteristics of pendulum noise and beat noise can be predicted based on the inertial properties of the tool platform 300. The tool platform 300 can be characterized by moments of inertia Ih and Iz about the horizontal axis and the main (or vertical) axis 308, the mass m and the distance L between the center 304 mass and the center of rotation 306 around which it rotates. Since the center of mass is located under the center of rotation, the tool platform can perform free pendulum movement on a spherical support with a natural frequency F=1/(2×pi)× sq. root((m×g×L)/Ih). Using a sufficiently low degree of unbalance (m×L) and a high moment of inertia Ih, the natural frequency of the pendulum noise can be well below the acquisition bandwidth of the EM sensors. Thus, the instrument platform may have a pendulum frequency that suppresses motion noise in the acquisition bandwidth of the vector component sensor(s) on the instrument platform. In this context, the verb "suppress" does not mean that the movement noise is necessarily eliminated or negligible, but rather that the movement noise of the bottom-weighted tool platform is reduced by the bottom-weighted platform.

[00119] Фигуры 4A и 4B представляют собой графики 400 и 410 соответственно, которые иллюстрируют возникновение шума биения и его проявление. Для гармонических ускорений амплитудой a0 перпендикулярно главной оси (например, главной оси 308, показанной на Фигуре 3) и частоты f зависимость от времени может быть определена как a0×sin(2×pi×f×t). Гармонический шум биения может быть задан путем перемножения ускорения a0 и передаточной функции W шума биения, и может записан в следующем виде W=a0×Wt, где Wt=m×L/(4×Ih×pi2×f2). График 400, показанный на Фигуре 4A, иллюстрирует шум биения как произведение ускорения и передаточной функции шума биения. Показана форма спектра ускорения, характерная для воздушного носителя. Шум биения, показанный на Фигуре 4A, имеет значительно более крутой наклон при увеличении частоты по сравнению с самим ускорением.[00119] Figures 4A and 4B are plots 400 and 410, respectively, which illustrate the occurrence of beat noise and its manifestation. For harmonic accelerations of amplitude a0 perpendicular to the principal axis (eg, principal axis 308 shown in Figure 3) and frequency f, the time dependence can be defined as a0×sin(2×pi×f×t). The harmonic beat noise may be given by multiplying the acceleration a0 and the transfer function W of the beat noise, and may be written as W=a0×Wt, where Wt=m×L/(4×Ih×pi 2 ×f 2 ). Plot 400 shown in Figure 4A illustrates the beat noise as the product of acceleration and the transfer function of the beat noise. The shape of the acceleration spectrum, which is typical for an air carrier, is shown. The beat noise shown in Figure 4A has a much steeper slope with increasing frequency compared to the acceleration itself.

[00120] График 410, показанный на Фигуре 4B, иллюстрирует влияние шума биения и маятникового движения на измеренные ЭМ-данные. Желательными являются ЭМ-данные в конкретной полосе частот измерений, которая показана светло-серым цветом. Даже в стационарной среде без вибраций ЭМ-система имеет минимальный уровень шума, обусловленный электроникой и другими источниками. Этот минимальный уровень шума обычно слегка наклонен вправо на графике в двойном логарифмическом масштабе, как показано пунктирно-точечной линией. Частота маятникового движение может быть выбрана таким образом, что шум маятникового движения (точечная линия) гораздо меньше минимального уровня шума в полосе частот измерений. Шум биения (пунктирная линия) имеет гораздо более крутой наклон, чем минимальный уровень шума системы, который он пересекает на «частоте отсечки шума биения» (сплошная вертикальная линия). Для частот выше этой частоты отсечки системный шум может преобладать над шумом измерений, и шум биения не оказывает существенного влияния. Если частота отсечки выше нижнего предела полосы частот измерений, между ними будет находиться полоса частот сигнала, в которой сигнал загрязняется шумом биения. В случае присутствия такого внутриполосного шума биения он может быть спрогнозирован путем измерения ускорений сферической опоры. Затем спрогнозированный шум биения может быт вычтен или иным образом удален из измеренных данных для получения улучшенной оценки ЭМ-данных без шума биения.[00120] Plot 410 shown in Figure 4B illustrates the effect of beat noise and pendulum motion on measured EM data. The desired EM data is in a specific measurement bandwidth, which is shown in light gray. Even in a stationary, vibration-free environment, an EM system has a minimum noise level due to electronics and other sources. This noise floor typically slopes slightly to the right on a log-log plot, as shown by the dotted line. The pendulum frequency can be chosen such that the pendulum noise (dotted line) is much less than the noise floor in the measurement bandwidth. The beat noise (dashed line) has a much steeper slope than the system noise floor, which it crosses at the "beat noise cutoff frequency" (solid vertical line). For frequencies above this cutoff frequency, the system noise can dominate the measurement noise and the beat noise has no significant effect. If the cutoff frequency is above the lower limit of the measurement bandwidth, there will be a signal bandwidth in between where the signal is contaminated with beat noise. If such in-band beat noise is present, it can be predicted by measuring the accelerations of the spherical bearing. The predicted beat noise can then be subtracted or otherwise removed from the measured data to obtain an improved estimate of the EM data without beat noise.

[00121] На практике ЭМ-датчики могут иметь чувствительность к сигналах на частотах ниже их полосы частот измерений. В таких случаях низкочастотный шум разбалансировки может накладываться на сигнал, на который реагирует ЭМ-датчик. Например, данные, полученные за периоды, превышающие естественный период маятникового движения инструментальной платформы, могут содержать медленно изменяющийся синусоидальный сигнал, обусловленный изменением ориентации ЭМ-датчиков в магнитном поле Земли. Низкочастотный шум может быть отделен от внутриполосного сигнала несколькими способами. Например, такой низкочастотный шум может быть удален с помощью способов компенсации, раскрытых в документе WO2014/146184 (A1) на имя West и др. Для отделения внеполосного низкочастотного шума от внутриполосного ЭМ-сигнала также могут быть использованы способы фильтрации, известные в уровне техники.[00121] In practice, EM sensors may be sensitive to signals at frequencies below their measurement bandwidth. In such cases, low-frequency unbalance noise can be superimposed on the signal to which the EM sensor responds. For example, data acquired over periods longer than the natural pendulum period of the instrument platform may contain a slowly varying sinusoidal signal due to the changing orientation of the EM sensors in the Earth's magnetic field. Low frequency noise can be separated from the in-band signal in several ways. For example, such low frequency noise can be removed using the compensation techniques disclosed in WO2014/146184 (A1) to West et al. Filtering techniques known in the art can also be used to separate out-of-band low-frequency noise from the in-band EM signal.

[00122] Следующие характеристики могут гарантировать сбор электромагнитных данных высокого качества с низким уровнем шума разбалансировки:[00122] The following characteristics can guarantee the collection of high quality electromagnetic data with low unbalance noise:

i. амплитуда шума маятникового движения достаточно мала, чтобы покрываться динамическим диапазоном ЭМ-датчика,i. the amplitude of the pendulum noise is small enough to be covered by the dynamic range of the EM sensor,

ii. частота шума маятникового движения является достаточно низкой, чтобы находиться за пределами требуемой полосы частот сбора данных, обеспечивая возможность удаления шума разбалансировки, обусловленного маятниковым движением, путем фильтрации,ii. the frequency of the pendulum noise is low enough to be outside the required acquisition bandwidth, allowing the unbalance noise caused by the pendulum to be removed by filtering,

iii. сигналы шума биения, обусловленные крутящими моментами на утяжеленной в нижней части инструментальной платформе, которые могут быть вызваны боковыми ускорениями сферической опоры, являются достаточно низкими, иiii. the beat noise signals due to torques on the bottom-weighted tool platform, which can be caused by lateral accelerations of the spherical support, are sufficiently low, and

iv. сигналы шума биения могут быть вычислены и удалены из сигнала ЭМ-датчика.iv. beat noise signals can be computed and removed from the EM sensor signal.

[00123] Снова обратимся к Фигуре 2, шум биения может быть дополнительно снижен, если соединительный механизм 105, который соединяет узел 106 основания с носителем 101, содержит демпфирующие вибрацию компоненты, например, амортизаторы, тросы, демпферы, пружины или пневматические элементы. Такой демпфирующий вибрацию соединительный механизм 105 может уменьшать вибрации, передаваемые по нему с носителя 101, и, следовательно, может ослаблять вибрации сферической опоры 110. Таким образом, крутящие моменты движения, действующие на инструментальную платформу, 108 могут быть уменьшены, при этом соответственно снижается шум разбалансировки. Функция демпфирующего вибрацию соединительного механизма 206 может заключаться в ослаблении спектра ускорения, показанного на Фигуре 4A, что приводит к снижению шума биения. В дополнение к снижению шума в ЭМ-измерении снижение шума биения преимущественно снижает частоту отсечки шума биения, показанную на Фигуре 4B.[00123] Referring again to Figure 2, beat noise can be further reduced if the coupling mechanism 105 that connects the base assembly 106 to the carrier 101 includes vibration damping components such as shock absorbers, cables, dampers, springs, or pneumatic elements. Such a vibration-dampening coupling mechanism 105 can reduce vibrations transmitted through it from the carrier 101, and therefore can dampen the vibrations of the spherical support 110. Thus, the driving torques acting on the tool platform 108 can be reduced, and the noise is correspondingly reduced. imbalances. The function of the vibration damping coupling mechanism 206 may be to attenuate the acceleration spectrum shown in Figure 4A, resulting in reduced beat noise. In addition to noise reduction in the EM measurement, beat noise reduction advantageously reduces the beat noise cutoff frequency shown in Figure 4B.

[00124] Шум разбалансировки возникает из-за смещения центра масс от центра вращения, обеспеченного сферической опорой. Функция сферической опоры 110 в соответствии с некоторыми вариантами выполнения заключается в переносе веса инструментальной платформы 108 на узел 106 основания при одновременном обеспечении низкофрикционного или по существу бесфрикционного вращения инструментальной платформы в любом угловом направлении. Выражение «сферический» не предназначено для описания или ограничения формы опоры, а описывает диапазон угловых перемещений, обеспечиваемый опорой. Опоры сферической формы, например, сферические воздушные опоры, или острые или немного скругленные наконечники могут обеспечивать требуемый диапазон вращательного перемещения. Сферическая опора обеспечивает единственный центр вращения инструментальной платформы. Сферическая опора может вращательно отделять движение узла основания от инструментальной платформы относительно трех независимых осей. Сферическая опора может позволять неограниченное вращение вокруг главной оси инструментальной платформы 108, при этом также обеспечивая возможность вращения в пределах предельного угла наклона вокруг осей, ортогональных главной оси, с учетом углового расположения и ограничений инструментальной платформы и ограничений самой сферической опоры.[00124] The unbalance noise is due to the displacement of the center of mass from the center of rotation provided by the spherical support. The function of the spherical support 110, in accordance with some embodiments, is to transfer the weight of the tool platform 108 to the base assembly 106 while allowing low friction or substantially frictionless rotation of the tool platform in any angular direction. The expression "spherical" is not intended to describe or limit the shape of the support, but describes the range of angular movement provided by the support. Spherical bearings, such as spherical air bearings, or sharp or slightly rounded tips can provide the desired range of rotational movement. The spherical support provides a single center of rotation for the tool platform. The spherical support can rotationally separate the movement of the base assembly from the tool platform along three independent axes. The spherical support may allow unlimited rotation about the main axis of the tool platform 108, while also allowing rotation within a limiting angle of inclination about axes orthogonal to the main axis, taking into account the angular location and limitations of the tool platform and the limitations of the spherical support itself.

[00125] Фигуры 5A-5D иллюстрируют четыре примера возможных конфигураций сферических опор, которые могут быть использованы в качестве сферической опоры 110 в устройстве 100, показанном на Фигурах 1A-1D.[00125] Figures 5A-5D illustrate four examples of possible spherical bearing configurations that can be used as spherical bearing 110 in the apparatus 100 shown in Figures 1A-1D.

[00126] Фигура 5A представляет собой вид сбоку в разрезе сферической воздушной опоры 500a в соответствии с одним вариантом выполнения. Сферическая опора 500a включает в себя первую часть 502a и вторую часть 504a. Первая часть 502a может быть прикреплена к узлу основания (например, к опорной стойке 144 узла 106 основания, показанного на Фигуре 1C). Вторая часть 504a может быть прикреплена к инструментальной платформе (например, к инструментальной платформе 108 или 300, показанной на Фигурах 1A-1C и 3). В этом варианте выполнения первая часть 502a содержит седло 506a. Вторая часть 504a содержит выступающую часть 508a, которая взаимодействует с седлом 506a. В этом варианте выполнения седло 506a представляет собой вогнутое сферическое седло, а выступающая часть 508a имеет сферическую форму и входит в вогнутое сферическое седло 506a. Стрелки 510a указывают направление восходящего воздушного потока из узла основания в сферическую воздушную опору 500a. Сферическая выступающая часть 508a может вращаться в соответствующем сферическом седле 506a, отделенном от нее воздушной подушкой. Этот тип сферической воздушной опоры может быть предпочтителен для поддержания массы инструментальной платформы. Однако варианты выполнения не ограничиваются каким-либо конкретным типом опоры.[00126] Figure 5A is a sectional side view of a spherical air support 500a according to one embodiment. The spherical support 500a includes a first part 502a and a second part 504a. The first part 502a may be attached to the base assembly (eg, to the support leg 144 of the base assembly 106 shown in Figure 1C). The second part 504a may be attached to a tool platform (eg, tool platform 108 or 300 shown in Figures 1A-1C and 3). In this embodiment, the first part 502a contains the seat 506a. The second part 504a contains a protruding part 508a that interacts with the seat 506a. In this embodiment, the seat 506a is a concave spherical seat, and the projection 508a is spherical in shape and fits into the concave spherical seat 506a. Arrows 510a indicate the direction of the upward airflow from the base assembly to the spherical air support 500a. The spherical protrusion 508a can rotate in a corresponding spherical seat 506a separated from it by an air cushion. This type of spherical air support may be preferred to support the mass of the tool platform. However, the embodiments are not limited to any particular type of support.

[00127] Фигура 5B представляет собой вид сбоку в разрезе сферической воздушной опоры 500b в соответствии с другим вариантом выполнения. Сферическая опора 500b включает в себя первую часть 502b и вторую часть 504b. Первая часть 502b может быть прикреплена к инструментальной платформе (например, инструментальной платформе 108 или 300, показанной на Фигурах 1A-1C и 3). Эта сферическая воздушная опора 500b конструктивно аналогична сферической опоре 500a, показанной на Фигуре 5A, но вертикально перевернута. Стрелки 510b указывают направление восходящего воздушного потока из узла основания в сферическую воздушную опору 500b.[00127] Figure 5B is a sectional side view of a spherical air support 500b according to another embodiment. The spherical support 500b includes a first part 502b and a second part 504b. The first part 502b may be attached to a tool platform (eg, tool platform 108 or 300 shown in Figures 1A-1C and 3). This spherical air bearing 500b is similar in design to the spherical bearing 500a shown in Figure 5A, but vertically inverted. Arrows 510b indicate the direction of the upward airflow from the base assembly to the spherical air support 500b.

[00128] Фигура 5C представляет собой вид сбоку в разрезе сферической опоры 500c в соответствии с другим вариантом выполнения. Сферическая опора 500c включает в себя первую часть 502c, которая может быть прикреплена к узлу основания, и вторую часть 504c, которая может быть прикреплена к инструментальной платформе. В этом варианте выполнения первая часть 502c содержит седло 506c в виде наковальни. Вторая часть 504c содержит жесткую выступающую часть 508c в виде наконечника, которая взаимодействует с седлом 506c в виде наковальни. Выступающая часть 508c в виде наконечника может вращаться в седле 506c в виде наковальни.[00128] Figure 5C is a sectional side view of a spherical support 500c according to another embodiment. The spherical support 500c includes a first part 502c that can be attached to the base assembly and a second part 504c that can be attached to the tool platform. In this embodiment, the first portion 502c includes an anvil seat 506c. The second part 504c includes a rigid tip-like protrusion 508c that engages with an anvil seat 506c. The protruding portion 508c in the form of a tip can rotate in the saddle 506c in the form of an anvil.

[00129] Фигура 5D представляет собой вид сбоку в сечении сферической опоры 500d в соответствии с другим вариантом выполнения. Сферическая опора 500d включает в себя первую часть 502d, которая может быть прикреплена к инструментальной платформе, и вторую часть 504d, которая может быть прикреплена к узлу основания. Эта сферическая опора 500d конструктивно аналогична сферической опоре 500c, показанной на Фигуре 5C, но вертикально перевернута. Примеры, показанные на Фигуре 5C и 5D, могут быть использованы, например, на более легких инструментальных платформах меньшего размера, например, на инструментальной платформе, содержащей один или более MEMS-датчиков. Однако примеры, показанные на Фигурах 5C и 5D, не ограничиваются таким использованием.[00129] Figure 5D is a side sectional view of a spherical support 500d according to another embodiment. The spherical support 500d includes a first part 502d that can be attached to the tool platform and a second part 504d that can be attached to the base assembly. This spherical support 500d is similar in design to the spherical support 500c shown in Figure 5C, but is vertically inverted. The examples shown in Figures 5C and 5D can be used, for example, on smaller and lighter instrument platforms, such as an instrument platform containing one or more MEMS sensors. However, the examples shown in Figures 5C and 5D are not limited to such use.

[00130] Специалистам в данной области техники будет понятно, что случаи, проиллюстрированные на Фигурах 5A-5D, следует рассматривать как примерные, а не ограничивающие, и что возможно множество конфигураций сферической опоры, которые гарантируют аналогичный эффект, при этом обеспечивая требуемый диапазон низкофрикционного или почти бесфрикционного вращательного движения.[00130] Those skilled in the art will appreciate that the cases illustrated in Figures 5A-5D should be considered exemplary and not limiting, and that many spherical bearing configurations are possible that provide a similar effect while still providing the desired range of low friction or almost frictionless rotary motion.

[00131] Поскольку аспекты настоящего изобретения могут быть использованы для сбора данных электромагнитной или другой съемки с подвижного носителя, инструментальная платформа может быть зафиксирована или иным образом привязана к носителю или узлу основания для транспортировки или доставки к месту съемки. Соответственно, некоторые варианты выполнения могут содержать систему фиксации для удержания инструментальной платформы в фиксированном положении относительно узла основания во время транспортировки. При необходимости сбора данных съемки инструментальная платформа может быть освобождена или отвязана от носителя для независимого вращения. При освобождении инструментальной платформы она может сохранять угловую скорость, приобретенную в зафиксированном или привязанном состоянии. В таких случаях инструментальную платформу необходимо выровнять так, чтобы ее главная ось была по существу вертикальной и располагалась с небольшой или нулевой угловой скоростью.[00131] Because aspects of the present invention may be used to collect electromagnetic or other survey data from a moving carrier, the instrument platform may be fixed or otherwise tethered to the carrier or base assembly for transport or delivery to the survey site. Accordingly, some embodiments may include a locking system for holding the tool platform in a fixed position relative to the base assembly during transport. If it is necessary to collect survey data, the instrument platform can be released or untied from the carrier for independent rotation. When the tool platform is released, it can maintain the angular velocity acquired in a fixed or tied state. In such cases, the tool platform must be leveled so that its major axis is substantially vertical and is positioned at little or no angular velocity.

[00132] Некоторые варианты выполнения также могут содержать систему выравнивания для регулировки ориентации, а также угловой скорости инструментальной платформы. В начале сбора данных предпочтительно размещать инструментальную платформу (например, инструментальную платформу 108 и 300, показанную на Фигурах 1A-1C и 3) в такой ориентации, чтобы ее главная ось (например, ось 308, показанная на Фигуре 3) была по существу вертикальной, поскольку это гарантирует, что инструментальная платформа будет ориентирована максимально далеко от пределов углового движения без гравитационной потенциальной энергии. Таким образом, можно максимизировать продолжительность сбора данных до достижения пределов углового движения. Также может быть предпочтительно, чтобы инструментальная платформа имела небольшую или нулевую угловую скорость, поскольку это также может максимизировать продолжительность сбора данных до достижения пределов углового движения. Когда система выравнивания размещает инструментальную платформу с небольшой или нулевой угловой скоростью и по существу вертикальной главной осью, ЭМ или другие данные векторных составляющих могут собираться с минимальным шумом движения в течение максимального времени.[00132] Some embodiments may also include an alignment system to adjust the orientation as well as the angular velocity of the tool platform. At the start of data collection, it is preferable to place the instrument platform (for example, instrument platform 108 and 300 shown in Figures 1A-1C and 3) in such an orientation that its main axis (for example, axis 308 shown in Figure 3) is substantially vertical, as this ensures that the instrument platform is oriented as far as possible from the limits of angular motion without gravitational potential energy. Thus, it is possible to maximize the duration of data collection before reaching the limits of angular motion. It may also be preferable that the instrument platform has little or no angular velocity, as this can also maximize the duration of data collection before reaching the limits of angular motion. When the alignment system positions the tool platform with little or no angular velocity and a substantially vertical major axis, EM or other vector component data can be collected with minimal motion noise for maximum time.

[00133] Система выравнивания может быть расположена на инструментальной платформе и может содержать движители или подвижную массу, которая может регулировать гравитационный крутящий момент, действующий на платформу. Система выравнивания может размещать инструментальную платформу в по существу вертикальном положении с практически нулевой угловой скоростью. Система выравнивания также может работать периодически для выравнивания инструментальной платформы, если достигнут предел наклонного углового движения. Система выравнивания также может тормозить вращение инструментальной платформы для уменьшения его угловой скорости.[00133] The leveling system may be located on the tool platform and may include propellers or a movable mass that can control the gravitational torque acting on the platform. The leveling system can place the tool platform in a substantially vertical position with substantially zero angular velocity. The leveling system may also operate intermittently to level the tool platform if the tilt angle movement limit is reached. The leveling system can also brake the rotation of the tool platform to reduce its angular velocity.

[00134] Как отмечено ранее, поскольку инструментальная платформа может быть установлена на одной сферической опоре со смещением центра масс от центра вращения, вибрации сферической опоры могут создавать крутящий момент на инструментальной платформе. Этот крутящий момент может вызывать вращение инструментальной платформы, и это вращение может вызывать шум биения. Зная ускорения сферической опоры и инерционные свойства инструментальной платформы, можно рассчитать вращение и, следовательно, шум биения. Затем можно удалить шум биения из измеренных ЭМ-данных для получения ЭМ-данных, скорректированных на эффекты шума биения.[00134] As noted earlier, since the tool platform can be mounted on a single spherical support with the center of mass offset from the center of rotation, vibrations of the spherical support can create a torque on the tool platform. This torque may cause the tool platform to rotate, and this rotation may cause beat noise. Knowing the accelerations of the spherical support and the inertial properties of the tool platform, it is possible to calculate the rotation and hence the beat noise. You can then remove beat noise from the measured EM data to obtain EM data corrected for the effects of beat noise.

[00135] Фигура 6A представляет собой вид в перспективе примерной системы 600 выравнивания в соответствии с некоторыми вариантами выполнения. Система 600 выравнивания показана на дискообразной крышке 602, которая содержит верхнюю сторону цилиндрической верхней части инструментальной платформы (например, штока 159 верхнего участка 154 инструментальной платформы 108, показанной на Фигуре 1C). В этом примере система 600 выравнивания содержит первый, второй и третий узлы 604a, 604b и 604c подвижных масс. В других вариантах выполнения может быть использовано большее или меньшее количество узлов подвижных масс. Каждый узел 604a, 604b и 604c подвижной массы состоит из соответствующего линейного двигателя 611, направляющей 612 и массы 613. В этом примерном варианте выполнения верхняя крышка 602 включает в себя дополнительный отсек 616 электронного оборудования и крышку 614 доступа, которая закрывает отсек 616 электронного оборудования. Первый и второй узлы 604a и 604b подвижных масс выполнены с возможностью перемещения масс 613 в общем в горизонтальных направлениях x и y соответственно для регулировки выравнивающих крутящих моментов в направлениях y и x. Третий узел 604c подвижной массы обеспечивает регулировку степени утяжеления в нижней части и, следовательно, собственной частоты инструментальной платформы.[00135] Figure 6A is a perspective view of an exemplary alignment system 600, in accordance with some embodiments. The alignment system 600 is shown on a disc-shaped cover 602 that contains the upper side of the cylindrical top of the tool platform (eg, the stem 159 of the upper portion 154 of the tool platform 108 shown in Figure 1C). In this example, the alignment system 600 includes first, second, and third moving mass assemblies 604a, 604b, and 604c. In other embodiments, more or fewer moving mass assemblies may be used. Each moving mass assembly 604a, 604b, and 604c consists of a respective linear motor 611, rail 612, and mass 613. In this exemplary embodiment, top cover 602 includes an additional electronics compartment 616 and an access cover 614 that covers electronics compartment 616. The first and second moving mass assemblies 604a and 604b are configured to move the masses 613 in the generally horizontal x and y directions, respectively, to adjust the leveling torques in the y and x directions. The third movable mass assembly 604c provides for adjusting the amount of weight at the bottom and hence the natural frequency of the tool platform.

[00136] Фигура 6B представляет собой вид в перспективе другой примерной системы 650 выравнивания в соответствии с некоторыми вариантами выполнения. В этом примере система 650 выравнивания содержит первый, второй, третий и четвертый движители 654a, 654b, 654c и 654d. В других вариантах выполнения может быть использовано большее или меньшее количество подвижных движителей. В этом примере движители 654a, 654b, 654c и 654d представляют собой реверсивные вентиляторы. В этом варианте выполнения движители 654a, 654b, 654c и 654d установлены на дискообразной крышке 652, которая содержит верхнюю сторону цилиндрической верхней части инструментальной платформы (например, штока 159 верхнего участка 154 инструментальной платформы 108, показанной на Фигуре 1C). В этом варианте выполнения первый и второй реверсивные вентиляторы 654a и 654b выполнены с возможностью передачи крутящего момента вокруг соответствующей горизонтальной оси вращения через сферическую опору. Третий и четвертый реверсивные вентиляторы 654c и 654d выполнены с возможностью передачи крутящего момента через сферическую опору вокруг главной оси инструментальной платформы (например, оси 308, показанной на Фигуре 3). В этом примерном варианте выполнения верхняя крышка 602 включает в себя дополнительный отсек 665 электронного оборудования и крышку 664 доступа, которая закрывает отсек 665 электронного оборудования.[00136] Figure 6B is a perspective view of another exemplary alignment system 650, in accordance with some embodiments. In this example, the alignment system 650 includes first, second, third, and fourth movers 654a, 654b, 654c, and 654d. In other embodiments, more or fewer movers may be used. In this example, the propellers 654a, 654b, 654c and 654d are reversible fans. In this embodiment, the propulsors 654a, 654b, 654c, and 654d are mounted on a disc-shaped cover 652 that contains the upper side of the cylindrical upper part of the tool platform (for example, the stem 159 of the upper section 154 of the tool platform 108 shown in Figure 1C). In this embodiment, the first and second reversible fans 654a and 654b are configured to transmit torque around a respective horizontal axis of rotation through a spherical support. The third and fourth reversible fans 654c and 654d are configured to transmit torque through a spherical support around the main axis of the tool platform (eg, axis 308 shown in Figure 3). In this exemplary embodiment, the top cover 602 includes an additional electronics compartment 665 and an access cover 664 that covers the electronics compartment 665.

[00137] В некоторых вариантах выполнения ускорения сферической опоры измеряются одним или более акселерометрами. Например, ускорение может быть измерено высокоточным трехкомпонентным акселерометром 164, показанным на Фигуре 1C. Один или более акселерометров могут быть расположены на инструментальной платформе (например, на инструментальной платформе 108, показанной на Фигурах 1A-1C) вблизи сферической опоры (например, сферической опоры 110, показанной на Фигурах 1A-1C), так что любые кориолисовы или центростремительные вращательные силы, которые они могут воспринимать из-за вращения инструментальной платформы вокруг сферической опоры, являются незначительными. Между входными данными ускорения, измеренными трехкомпонентным акселерометром, и угловым движением инструментальной платформы, вызванным результирующими крутящими моментами, может быть определена прямая математическая зависимость, например, передаточная функция Wt. Передаточная функция Wt может быть записана в следующем виде:[00137] In some embodiments, the accelerations of the spherical bearing are measured by one or more accelerometers. For example, acceleration can be measured by the high precision three-component accelerometer 164 shown in Figure 1C. One or more accelerometers may be located on the instrument platform (for example, on the instrument platform 108 shown in Figures 1A-1C) proximate a spherical bearing (for example, spherical bearing 110 shown in Figures 1A-1C) such that any Coriolis or centripetal rotational the forces that they can take due to the rotation of the tool platform around the spherical support are negligible. Between the acceleration input measured by the three-component accelerometer and the angular movement of the instrument platform caused by the resulting torques, a direct mathematical relationship can be determined, such as the transfer function Wt. The transfer function Wt can be written as follows:

i. Wt=m×L/(4×Ih×pi2×f2).i. Wt=m×L/(4×Ih×pi 2 ×f 2 ).

[00138] В некоторых вариантах выполнения также известны и могут быть реализованы другие математические зависимости между ускорением и угловым движением, например, с использованием нейронных сетей, нечеткой логики, таблиц соответствия, фильтрации с предсказанием, метода наименьших квадратов или других методов подбора моделей.[00138] In some embodiments, other mathematical relationships between acceleration and angular motion are also known and can be implemented, for example, using neural networks, fuzzy logic, lookup tables, predictive filtering, least squares, or other model fitting techniques.

[00139] На инструментальной платформе могут быть использованы феррозондовый магнитометр векторных составляющих, гироскопы, GPS и другие связанные устройства. Эти инструменты могут измерять статическое магнитное поле Земли в рамках инструментальной платформы и могут определять ориентацию, движение и местоположение инструментальной платформы в рамках Земли. Данные датчиков могут быть сохранены в контроллере, находящемся на инструментальной платформе, или они могут быть переданы беспроводным образом в контроллер или устройство записи данных, расположенное вблизи инструментальной платформы, например, на носителе. Входные данные от этих инструментов и датчиков также могут использоваться для управления работой систем фиксации и/или выравнивания.[00139] A vector component fluxgate magnetometer, gyroscopes, GPS, and other related devices may be used on the instrument platform. These instruments can measure the Earth's static magnetic field within the instrument platform and can determine the orientation, movement, and location of the instrument platform within the Earth. The sensor data may be stored in a controller located on the instrument platform, or it may be transmitted wirelessly to a controller or data recorder located near the instrument platform, such as on a carrier. Input from these tools and sensors can also be used to control the operation of the fixation and/or alignment systems.

[00140] Некоторые варианты выполнения включают в себя или подключены к системам сжатого воздуха для подачи сжатого воздуха в один или более пневматических компонентов. Как отмечено выше, сферическая опора может представлять собой воздушную опору, и системы сжатого воздуха могут подавать воздух в опору. Соединительный механизм между носителем и узлом основания также может включать в себя подавляющие вибрацию пневматические элементы, которые принимают сжатый воздух из системы сжатого воздуха. Также могут быть включены другие пневматические элементы. Система сжатого воздуха может содержать воздушный насос или резервуары подачи воздуха, трубопроводы подачи воздуха, клапаны, регуляторы и накопители или буферные резервуары. Варианты выполнения не ограничиваются какой-либо конкретной конструкцией системы сжатого воздуха, и некоторые варианты выполнения могут работать без системы сжатого воздуха.[00140] Some embodiments include or are connected to compressed air systems for supplying compressed air to one or more pneumatic components. As noted above, the spherical bearing may be an air bearing and compressed air systems may supply air to the bearing. The coupling mechanism between the carrier and the base assembly may also include vibration dampening pneumatic elements that receive compressed air from the compressed air system. Other pneumatic elements may also be included. The compressed air system may include an air pump or air supply tanks, air supply lines, valves, regulators, and accumulators or buffer tanks. Embodiments are not limited to any particular compressed air system design, and some embodiments may operate without a compressed air system.

[00141] В некоторых вариантах выполнения устройство (содержащее по меньшей мере узел основания, сферическую опору, утяжеленную в нижней части инструментальную платформу и датчики) переносится носителем, выполненным с возможностью съемки с воздуха. Носитель может представлять собой «гондолу» или «зонд», буксируемый летательным аппаратом, как правило, вертолетом, с использованием буксировочного троса, который может иметь длину в диапазоне от 30 до 90 метров. Носитель может иметь форму, позволяющую минимизировать сопротивление на скорости буксировки 25-30 метров в секунду. Буксируемая гондола может содержать полость, в которой могут быть установлены узел основания, сферическая опора и инструментальная платформа, описанные в настоящем документе.[00141] In some embodiments, the device (comprising at least a base assembly, a spherical support, a bottom-weighted tool platform, and sensors) is carried by a carrier capable of aerial photography. The carrier may be a "nacelle" or "probe" towed by an aircraft, typically a helicopter, using a towline which may be in the range of 30 to 90 meters. The carrier may be shaped to minimize drag at towing speeds of 25-30 meters per second. The towed nacelle may include a cavity in which the base assembly, spherical support, and tool platform described herein can be installed.

[00142] Фигура 7 представляет собой схематический вид в разрезе устройства 700 сбора данных в соответствии с некоторыми вариантами выполнения. Устройство 700 включает в себя узел 702 основания, сферическую опору 704 и инструментальную платформу 706. Сферическая опора 704 установлена на узле 702 основания, а инструментальная платформа 706 установлена на сферической опоре 704 и поддерживается ей. Сферическая опора 704 обеспечивает возможность свободного углового вращения инструментальной платформы 706 в пределах диапазона угла наклона вокруг сферической опоры 704. Инструментальная платформа 706 утяжелена в нижней части аналогично инструментальной платформе 300, показанной на Фигуре 3 (т.е. центр 723 масс инструментальной платформы 706 расположен под центром 720 вращения).[00142] Figure 7 is a schematic sectional view of a data acquisition device 700, in accordance with some embodiments. The apparatus 700 includes a base assembly 702, a spherical support 704, and a tool platform 706. The spherical support 704 is mounted on the base assembly 702, and the tool platform 706 is mounted on and supported by the spherical support 704. The spherical support 704 allows free angular rotation of the tool platform 706 within a range of inclination around the spherical support 704. The tool platform 706 is weighted at the bottom similar to the tool platform 300 shown in Figure 3 (i.e., the center of mass 723 of the tool platform 706 is located under rotation center 720).

[00143] В этом варианте выполнения узел 702 основания содержит главный участок 708 основания и опорную стойку в виде столба 710, который надежно прикреплен и продолжается вверх от главного участка 708 основания. Столб 710 продолжается вверх вдоль оси 712 столба. Сферическая опора 704 содержит седло 714, прикрепленное к верхней поверхности столба 710. Сферическая опора 704 представляет собой воздушную опору с выступающей частью 716, прикрепленной к инструментальной платформе 706 (аналогично воздушной опоре 500a, показанной на Фигуре 5A).[00143] In this embodiment, the base assembly 702 includes a main base section 708 and a pole support 710 that is securely attached to and extends upward from the main base section 708. Post 710 continues upward along the axis 712 of the post. The spherical seat 704 includes a seat 714 attached to the top surface of the post 710. The spherical seat 704 is an air seat with a projection 716 attached to the tool platform 706 (similar to the air seat 500a shown in Figure 5A).

[00144] Инструментальная платформа 706, показанная на Фигуре 7, представляет собой корпус, содержащий нижнюю часть 717, расположенную в общем под центром 720 вращения. Нижняя часть 717 выполнена в форме конической обращенной вниз юбки 718, которая образует обращенный вниз открытый раструб со сферической опорой 704, расположенной в его вершине 721. Центр масс инструментальной платформы 706 находится на расстоянии под вершиной 721. Такое расположение конической юбки 718 и столба 710 может обеспечивать возможность вращения главной оси 722 инструментальной платформы 706 на сферической опоре 704 относительно оси 712 столба в диапазоне предельного угла α наклона, показанного на Фигуре 7. В частности, раструб, образованный конической юбкой 718, обеспечивает зазор вокруг сферической опоры и узла основания, обеспечивающий диапазон наклонного вращения инструментальной платформы в пределах диапазона угла наклона. Допустимое вращение в направлениях, ортогональных главной оси 722, может быть больше или меньше предельного угла α, показанного на Фигуре 7, в соответствии с углом раскрытия конической юбки 718 и/или угловым диапазоном движения, обеспечиваемым сферической опорой 704. Варианты выполнения не ограничиваются конкретным диапазоном вращения.[00144] Tool platform 706, shown in Figure 7, is a housing containing a lower part 717, located generally under the center 720 of rotation. The lower portion 717 is in the form of a tapered downward skirt 718 that forms a downwardly facing open bell with a spherical support 704 located at its apex 721. The center of gravity of the tool platform 706 is located at a distance below the apex 721. This arrangement of the conical skirt 718 and column 710 may to allow rotation of the main axis 722 of the tool platform 706 on the spherical support 704 relative to the axis 712 of the column in the range of the limit angle α of inclination shown in Figure 7. oblique rotation of the tool platform within the tilt angle range. The allowable rotation in directions orthogonal to the major axis 722 may be greater than or less than the limit angle α shown in Figure 7 according to the opening angle of the conical skirt 718 and/or the angular range of motion provided by the spherical support 704. Embodiments are not limited to a specific range rotation.

[00145] В некоторых вариантах выполнения к утяжеленной в нижней части инструментальной платформе 706 надежно прикреплен один ЭМ-датчик векторных составляющих (например, датчик 146, показанный на Фигурах 1A-1C). В другом варианте выполнения к утяжеленной в нижней части инструментальной платформе 706 надежно прикреплены три ЭМ-датчика, расположенных в независимых ориентациях зондирования.[00145] In some embodiments, a single vector component EM sensor (eg, sensor 146 shown in Figures 1A-1C) is securely attached to the bottom-weighted tool platform 706. In another embodiment, three EM sensors are securely attached to the bottom-weighted instrument platform 706, arranged in independent probing orientations.

[00146] В некоторых вариантах выполнения инструментальная платформа, описанная в настоящем документе, выполнена из жесткого и/или резистивного композиционного материала.[00146] In some embodiments, the tool platform described herein is made from a rigid and/or resistive composite material.

[00147] Фигуры 8 и 9 иллюстрируют примерную инструментальную платформу 800 для сбора данных с воздуха в соответствии с другим вариантом выполнения. На Фигуре 8 инструментальная платформа 800 показана в частичном разрезе, так что видны опорная стойка в виде столба 810 и сферическая опора 804. Инструментальная платформа 800 установлена на указанном столбе 810 через сферическую опору 804 аналогично другим вариантам выполнения, описанным в настоящем документе. Инструментальная платформа 800 содержит корпус 806 платформы, содержащий нижний участок 817, включающий в себя коническую юбку 818, которая образует обращенный вниз открытый конический раструб, и верхний участок 819, включающий в себя цилиндрический шток 820. В этом варианте выполнения сферическая опора 804 представляет собой сферическую опору с седлом 814 и выступающей частью 816. Столб 810 может продолжаться вверх от главного участка узла основания (например, узла 106 основания, показанного на Фигурах 1A-1C, или узла 702 основания, показанного на Фигуре 7). Выступающая часть 816 воздушной опоры 814 прикреплена и обращена вниз от вершины 821 конической юбки 818, а седло 814 надежно прикреплено к верхней поверхности столба 810. Обращенная вниз коническая юбка 818 расположена так, чтобы обеспечивать диапазон наклонного вращения инструментальной платформы 800 в пределах предельного угла наклона инструментальной платформы 800 и сферической опоры 804.[00147] Figures 8 and 9 illustrate an exemplary aerial data acquisition instrument platform 800 in accordance with another embodiment. In Figure 8, the tool platform 800 is shown in partial section, so that a pole support column 810 and a spherical support 804 are visible. The tool platform 800 is mounted on the specified column 810 through a spherical support 804 in a manner similar to other embodiments described herein. The tool platform 800 includes a platform body 806 comprising a lower portion 817 including a tapered skirt 818 that forms a downwardly facing open conical bell and an upper portion 819 including a cylindrical stem 820. In this embodiment, the spherical bearing 804 is a spherical a support with a saddle 814 and a projection 816. Post 810 may extend upward from the main portion of the base assembly (eg, base assembly 106 shown in Figures 1A-1C or base assembly 702 shown in Figure 7). The projection 816 of the air support 814 is attached to and faces down from the top 821 of the conical skirt 818, and the saddle 814 is securely attached to the top surface of the column 810. platform 800 and spherical support 804.

[00148] В этом варианте выполнения инструментальная платформа 800 напоминает перевернутую воронку, поддерживаемую воздушной опорой от вершины 821 конической юбки 818 воронки, с цилиндрическим штоком 820, продолжающимся вверх от вершины. Центр масс инструментальной платформы 800 находится на расстоянии под вершиной 821 и под центром вращения вокруг цилиндрической опоры (не показан на Фигуре 8). По периферии инструментальной платформы, если смотреть сверху, расположены три пары продольных реберных опорных элементов 830 и 832, которые усиливают инструментальную платформу вдоль продольных участков, где в этом варианте выполнения установлены ЭМ-датчики 840 векторных составляющих. Парные элементы 830 и 832 могут быть прикреплены в продольном направлении вдоль внешних сторон инструментальной платформы 800. Для уменьшения деформаций платформы между ЭМ-датчиками 840, посередине между парными продольными элементами 830 и 832 расположены дополнительные опорные продольные элементы 834. Элементы 834 способствуют жесткости инструментальной платформы, поддерживая стабильные относительные направляющие косинусы между направлениями зондирования ЭМ-датчиков, и, следовательно, ограничивают шум движения, который связан с деформациями платформы. Эти опорные элементы 830, 832 и 834 продолжаются от дистального конца 835 конической юбки 818 до дистального конца 836 штока 820. Совместно продольные опорные элементы 830, 832 и 834 могут уменьшать деформацию изгиба, связанную с изгибом инструментальной платформы вокруг вершины 821. В этом примере инструментальная платформа 800 также включает в себя поперечные опорные элементы 838, которые проходят в горизонтальном направлении между продольными опорными элементами 830, 832 и 834. Поперечные элементы 838 разнесены в вертикальном направлении от сторон инструментальной платформы 800 и могут обеспечивать поперечную опору продольных элементов 830, 832 и 834. Варианты выполнения не ограничиваются конкретной формой и конструкцией этого примера инструментальной платформы 800.[00148] In this embodiment, the instrument platform 800 resembles an inverted funnel supported by an air support from the top 821 of the conical funnel skirt 818, with a cylindrical stem 820 extending upward from the top. The center of mass of the tool platform 800 is located at a distance below the vertex 821 and below the center of rotation around the cylindrical support (not shown in Figure 8). Along the periphery of the tool platform, as viewed from above, are three pairs of longitudinal rib support members 830 and 832 that reinforce the tool platform along the longitudinal portions where vector component EM sensors 840 are installed in this embodiment. Paired members 830 and 832 may be longitudinally attached along the outer sides of the instrument platform 800. To reduce platform deformations, additional longitudinal support members 834 are located midway between the paired longitudinal members 830 and 832. The members 834 contribute to the rigidity of the instrument platform, maintaining stable relative direction cosines between the probing directions of the EM sensors, and therefore limiting the movement noise that is associated with platform deformations. These support elements 830, 832 and 834 extend from the distal end 835 of the tapered skirt 818 to the distal end 836 of the stem 820. Together, the longitudinal support elements 830, 832 and 834 can reduce the bending deformation associated with the bending of the instrument platform around the apex 821. In this example, the instrument platform platform 800 also includes transverse support members 838 that extend horizontally between longitudinal support members 830, 832, and 834. The transverse members 838 are vertically spaced from the sides of tool platform 800 and may provide transverse support to longitudinal members 830, 832, and 834. The embodiments are not limited to the specific shape and design of this exemplary tool platform 800.

[00149] В этом варианте выполнения инструментальная платформа является жесткой. Благодаря этой жесткости, шум движения из-за угловых движений датчиков векторных составляющих, вызванных деформациями инструментальной платформы в ответ на ускорение воздушной опоры, может быть приемлемо низким.[00149] In this embodiment, the tool platform is rigid. Due to this rigidity, the motion noise due to the angular movements of the vector component sensors caused by the deformations of the instrument platform in response to the acceleration of the air bearing can be acceptably low.

[00150] В одном варианте выполнения инструментальная платформа 800 имеет массу 75 кг, и утяжеление mL в нижней части 0,035 кг/м. Инструментальная платформа 800 может иметь естественный период около 1 минуты и может поддерживать три независимо ориентированных ЭМ-датчика с нижним пределом частоты сбора данных 1 Гц. Шум движения, связанный с маятниковым движением инструментальной платформы 800 в течение 1 минуты, может иметь обратную квадратичную частотную зависимость выше предела частоты сбора данных ЭМ-датчиков в 1 Гц и может быть легко удален стандартными способами, известными в уровне техники, которые могут содержать высокочастотную фильтрацию. В этом варианте выполнения шум движения носителя может эффективно подавляться за счет инерционных свойств инструментальной платформы 800, оставляя остаточный шум движения с благоприятной частотной зависимостью.[00150] In one embodiment, the tool platform 800 has a mass of 75 kg, and a mL weight at the bottom of 0.035 kg/m. The instrument platform 800 may have a natural period of about 1 minute and may support three independently oriented EM sensors with a 1 Hz acquisition rate lower limit. The motion noise associated with the pendulum movement of the instrument platform 800 for 1 minute may have an inverse square frequency dependence above the 1 Hz sampling rate limit of the EM sensors and may be easily removed by standard techniques known in the art, which may include high pass filtering. . In this embodiment, the movement noise of the carrier can be effectively suppressed by the inertial properties of the tool platform 800, leaving the residual movement noise with favorable frequency dependence.

[00151] Фигура 10 представляет собой частичный вид в перспективе столба 810 и сферической опоры 804, показанных на Фигуре 8. В этом примере сферическая опора 804 представляет собой воздушную опору, хотя в других вариантах выполнения могут быть использованы другие сферические опоры. Седло 814 имеет вогнутую сферическую форму и прикреплено к верхней поверхности столба 810, как проиллюстрировано на Фигуре 10. Сжатый воздух может подаваться вверх через небольшие отверстия (не показаны) в седле 814 в небольшой зазор между ним и выпуклой сферической выступающей частью 816 (показана на Фигуре 9). Получаемая воздушная подушка, которая образуется между седлом 814 и выступающей частью 816 сферической воздушной опоры 804, может обеспечивать по существу низкофрикционную или почти бесфрикционную опору и соединение, на котором инструментальная платформа 800 (показана на Фигуре 9) может свободно вращаться относительно столба 810.[00151] Figure 10 is a partial perspective view of the pillar 810 and spherical support 804 shown in Figure 8. In this example, the spherical support 804 is an air support, although other spherical supports may be used in other embodiments. Seat 814 has a concave spherical shape and is attached to the top surface of column 810 as illustrated in Figure 10. Compressed air can be supplied upward through small holes (not shown) in seat 814 into a small gap between it and convex spherical projection 816 (shown in Figure 10). nine). The resulting air cushion that is formed between the seat 814 and the projection 816 of the spherical air support 804 can provide a substantially low friction or near frictionless support and connection on which the tool platform 800 (shown in Figure 9) can freely rotate relative to the column 810.

[00152] В некоторых вариантах выполнения, в частности, где датчики векторных составляющих представляют собой ЭМ-датчики, сферическая воздушная опора 804 выполнена из металла с плохой проводимостью и низкой магнитной проницаемостью, например, из титана. В других вариантах выполнения сферическая воздушная опора выполнена из керамики или другого резистивного и механически прочного материала. В других вариантах выполнения, например, где датчики векторных составляющих не являются ЭМ-датчиками (например, гравиметрические датчики), магнитная проницаемость и проводимость воздушной опоры могут незначительно влиять на измеренные данные поля. Варианты выполнения не ограничиваются каким-либо конкретным материалом. Если сферическая опора 804 и соединительный механизм (не показан) для носителя содержат пневматические элементы, для подачи воздуха в сферическую опору 800 и пневматические элементы, которые содержат соединительный механизм, может использоваться общая пневматическая система.[00152] In some embodiments, particularly where the vector component sensors are EM sensors, the spherical air bearing 804 is made of a metal with poor conductivity and low magnetic permeability, such as titanium. In other embodiments, the spherical air bearing is made of ceramic or other resistive and mechanically strong material. In other embodiments, such as where the vector component sensors are not EM sensors (eg, gravimetric sensors), the magnetic permeability and conductivity of the air bearing may have little effect on the measured field data. The embodiments are not limited to any particular material. If the spherical support 804 and the carrier coupling mechanism (not shown) contain pneumatic elements, a common pneumatic system can be used to supply air to the spherical support 800 and the pneumatic elements that comprise the connecting mechanism.

[00153] Фигура 11 представляет собой график 1100, иллюстрирующий шум движения и геомагнитный спектр в зависимости от частоты f для варианта выполнения, имеющего массу 75 кг и утяжеление в нижней части 0,035 кг/м. При сборе ЭМ-данных геомагнитный спектр является важным ориентиром, поскольку он показывает минимальный уровень шума в случае ЭМ-измерений с управляемым источником, и он показывает сигнал источника в случае ЭМ-измерений с естественным источником. Геомагнитный спектр в общем реагирует обратно пропорционально частоте между 1Гц и 500Гц, при этом шум биения может реагировать обратно пропорционально квадрату частоты в том же диапазоне.[00153] Figure 11 is a graph 1100 illustrating traffic noise and geomagnetic spectrum versus frequency f for an embodiment having a mass of 75 kg and a bottom weight of 0.035 kg/m. When collecting EM data, the geomagnetic spectrum is an important reference because it shows the noise floor in the case of controlled source EM measurements, and it shows the source signal in the case of natural source EM measurements. The geomagnetic spectrum generally responds inversely to frequency between 1 Hz and 500 Hz, with beat noise being able to respond inversely to the square of the frequency in the same range.

[00154] Шум разбалансировки, показанный на Фигуре 11, представлен для сигнала бокового ускорения, который является спектрально плоским, с использованием наблюдаемых ускорений в диапазоне 6-15 Гц в одном варианте выполнения, предназначенном для аэроэлектромагнитной съемки. Шум разбалансировки может быть дополнительно снижен путем регулировки частотной характеристики соединительного механизма между носителем и узлом основания для уменьшения ускорений узла основания или путем дополнительной регулировки собственной частоты маятникового движения платформы в направлении снижения.[00154] The imbalance noise shown in Figure 11 is for a lateral acceleration signal that is spectrally flat using observed accelerations in the 6-15 Hz range in one embodiment for airborne electromagnetic surveying. The unbalance noise can be further reduced by adjusting the frequency response of the coupling mechanism between the carrier and the base assembly to reduce the accelerations of the base assembly, or by further adjusting the natural frequency of the pendulum movement of the platform in the downward direction.

[00155] Аспекты шума разбалансировки могут регулироваться путем изменения утяжеления в нижней части в соответствии с целью съемки. При ЭМ-съемке естественных полей ЭМ-данные могут собираться на частотах, превышающих наименьший шумановский резонанс приблизительно на 8 Гц. Для такой съемки шум движения, показанный на Фигуре 11, является достаточно низким для обеспечения полезных оценок структуры проводимости Земли. При съемке с управляемым источником, где устройство ЭМ-съемки содержит передатчик, который вызывает изменяющийся во времени ток в земле, геомагнитный шум образует полезный минимальный уровень шума измерения, и шум движения, проиллюстрированный на Фигуре 11, является достаточно низким для сбора полезных данных вплоть до 2 или 3 Гц.[00155] Unbalance noise aspects can be adjusted by changing the weighting at the bottom according to the shooting purpose. In EM surveys of natural fields, EM data may be collected at frequencies that exceed the lowest Schumann resonance by approximately 8 Hz. For such a survey, the motion noise shown in Figure 11 is low enough to provide useful estimates of the Earth's conductivity structure. In a controlled source survey where the EM survey device contains a transmitter that induces a time-varying current in the ground, geomagnetic noise forms a useful measurement noise floor, and the motion noise illustrated in Figure 11 is low enough to collect useful data up to 2 or 3 Hz.

[00156] Снова обратимся к Фигурам 8 и 9, в варианте выполнения три ЭМ-датчика 840 установлены на корпусе 806 платформы между соответствующей парой продольных опорных элементов 830 и 832 на конической юбке 818 инструментальной платформы. В этом примере ЭМ-датчики 840 представляют собой электромагнитные датчики векторных составляющих, хотя могут быть использованы другие типы датчиков. Масса ЭМ-датчиков 840 может быть смещена на массу вспомогательного оборудования и аккумуляторов, расположенных в цилиндрическом штоке 820, для получения инструментальной платформы 800 (включающей в себя датчики и вспомогательное оборудование), немного утяжеленной в нижней части при балансировке на сферической опоре 804.[00156] Referring again to Figures 8 and 9, in an embodiment, three EM sensors 840 are mounted on the platform body 806 between a respective pair of longitudinal support members 830 and 832 on the conical skirt 818 of the instrument platform. In this example, the EM sensors 840 are electromagnetic vector component sensors, although other types of sensors may be used. The mass of the EM sensors 840 can be offset by the mass of the accessories and batteries located in the cylindrical rod 820 to provide an instrument platform 800 (including sensors and accessories) slightly weighted at the bottom when balanced on the spherical support 804.

[00157] Каждый из ЭМ-датчиков 840 может представлять собой магнитометр с обратной связью с полосой частот сбора данных, продолжающейся от 1 Гц до 25 кГц, и спектральной плотностью мощности шума 1 пТл/кв. корень из Гц на 1 Гц. В этом варианте выполнения ЭМ-датчики 840 жестко прикреплены к инструментальной платформе. В этом примере ЭМ-датчики 840 равномерно разнесены по периферии конической юбки 818 инструментальной платформы 800. Однако следует понимать, что в других вариантах выполнения количество, тип и размещение датчиков могут отличаться. Некоторые варианты выполнения могут включать в себя четыре или более датчиков. Некоторые датчики могут быть независимо ориентированы. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения один или более датчиков могут быть поменяны местами. В вариантах выполнения, подходящих для электромагнитной съемки естественных полей, ЭМ-датчик может, например, работать в полосе частот сбора данных от 8 до 700 Гц. В варианте выполнения, подходящем для электромагнитной съемки с управляемым источником, ЭМ-датчик может, например, работать в полосе частот сбора данных от 1 до 25 000 Гц и может иметь минимальный уровень шума порядка ниже пикоТесла на 1 Гц. В некоторых вариантах выполнения ЭМ-датчик может представлять собой магнитометр векторных составляющих.[00157] Each of the EM sensors 840 may be a feedback magnetometer with a data acquisition bandwidth extending from 1 Hz to 25 kHz and a noise power spectral density of 1 pT/sq. root of Hz per 1 Hz. In this embodiment, the EM sensors 840 are rigidly attached to the instrument platform. In this example, the EM sensors 840 are evenly spaced around the periphery of the conical skirt 818 of the tool platform 800. However, it should be understood that in other embodiments, the number, type, and placement of sensors may differ. Some embodiments may include four or more sensors. Some sensors can be independently oriented. In addition, in some embodiments, one or more sensors may be swapped. In embodiments suitable for electromagnetic surveying of natural fields, the EM sensor may, for example, operate in a data collection frequency band of 8 to 700 Hz. In an embodiment suitable for controlled source electromagnetic surveying, the EM sensor may, for example, operate over a data acquisition bandwidth of 1 to 25,000 Hz and may have a noise floor on the order of less than a picoTesla at 1 Hz. In some embodiments, the EM sensor may be a vector component magnetometer.

[00158] Фигура 12 представляет собой структурную схему примерной системы 1200 датчиков, которая может быть реализована с использованием инструментальной платформы 1201. Инструментальная платформа 1201 может быть аналогична инструментальным платформам 108, 300, 706 или 800, показанным на Фигурах 1A-1C, 3, 8 и 9. В этом примере система 1200 включает в себя один или более ЭМ-датчиков 1202, один или более дополнительных вспомогательных датчиков и систем 1204, систему 1206 выравнивания, систему 1208 фиксации, первый и второй контроллеры 1210 и 1214, средство 1212 беспроводной связи и устройство 1216 записи данных. В этом примере ЭМ-датчик (датчики) 1202, вспомогательные датчик (датчики) и системы 1204, система 1206 выравнивания, первый контроллер 1210 и средство 1212 беспроводной связи установлены на инструментальной платформе 1201. Один или более компонентов также могут быть расположены за пределами инструментальной платформы. Например, в этом варианте выполнения второй контроллер 1214, система 1208 фиксации и устройство 1216 записи данных установлены за пределами инструментальной платформы. Средство 1212 беспроводной связи может включать в себя такое средство беспроводной связи, как беспроводной передатчик, приемник, приемопередатчик или любое подходящее их сочетание для осуществления беспроводной связи между первым и вторым контроллерами 1210 и 1214. В некоторых вариантах выполнения средство беспроводной связи может быть установлено непосредственно между первым контроллером 1210 и устройством 1216 записи данных.[00158] Figure 12 is a block diagram of an exemplary sensor system 1200 that may be implemented using an instrument platform 1201. The instrument platform 1201 may be similar to the instrument platforms 108, 300, 706, or 800 shown in Figures 1A-1C, 3, 8 and 9. In this example, system 1200 includes one or more EM sensors 1202, one or more additional auxiliary sensors and systems 1204, an alignment system 1206, a fixation system 1208, first and second controllers 1210 and 1214, a wireless communication means 1212, and device 1216 data recorder. In this example, the EM sensor(s) 1202, auxiliary sensor(s) and systems 1204, the alignment system 1206, the first controller 1210, and the wireless communication means 1212 are mounted on the instrument platform 1201. One or more components may also be located outside the instrument platform. . For example, in this embodiment, the second controller 1214, the fixation system 1208, and the data recorder 1216 are installed outside of the tool platform. The wireless communication means 1212 may include a wireless communication means such as a wireless transmitter, receiver, transceiver, or any suitable combination thereof for wireless communication between the first and second controllers 1210 and 1214. In some embodiments, the wireless communication means may be installed directly between the first controller 1210 and the device 1216 data recorder.

[00159] ЭМ-датчик (датчики) 1202 и вспомогательные датчик (датчики) и системы 1204 могут быть установлены на инструментальной платформе 1201 в различных положениях. Вспомогательные датчик (датчики) и системы 1204 могут быть предназначены для сбора данных электромагнитной съемки. Вспомогательные датчики и системы 1204 также могут содержать средство определения пространственного положения, например, трехкомпонентный векторный магнитометр статического поля, акселерометр, гироскопы, датчики наклона и вращения. Вспомогательные датчики 1204 могут дополнительно содержать датчики GPS, Glonass или эквивалентные датчики.[00159] The EM sensor(s) 1202 and auxiliary sensor(s) and systems 1204 may be mounted on the tool platform 1201 in various positions. Auxiliary sensor(s) and systems 1204 may be designed to collect electromagnetic survey data. Auxiliary sensors and systems 1204 may also include a means of determining the attitude, for example, a three-component static field vector magnetometer, accelerometer, gyroscopes, tilt and rotation sensors. Auxiliary sensors 1204 may further comprise GPS, Glonass, or equivalent sensors.

[00160] Информация о пространственном положении инструментальной платформы позволяет перенос собранных электромагнитных векторных данных или других векторных данных датчиков из локальной системы координат инструментальной платформы в глобальную систему координат.[00160] The tool platform attitude information allows the transfer of collected electromagnetic vector data or other sensor vector data from the local coordinate system of the tool platform to the global coordinate system.

[00161] Как показано на Фигуре 12, ЭМ-датчик (датчики) 1202, вспомогательные датчик (датчики) и системы и система 1206 выравнивания подключены к первому контроллеру 1210 и управляются им. Первый и второй контроллеры 1210 и 1214 могут содержать один или более процессоров и память. Например, на Фигуре 12 показан первый контроллер, содержащий процессор 1211 и память 1213. Память 1213 может хранить команды для побуждения процессора 1211 к выполнению функций, рассмотренных в настоящем документе. Для реализации контроллеров 1210 и 1214 могут быть использованы другие сочетания аппаратного и программного обеспечения. Система 1208 фиксации и устройство записи данных подключены ко второму контроллеру 1214 и управляются им. Первый и второй контроллеры 1210 и 1214 находятся в беспроводном сообщении через средство 1212 беспроводной связи. На инструментальной платформе могут быть дополнительно установлены источники питания и аккумуляторы, необходимые для работы компонентов системы 1200.[00161] As shown in Figure 12, EM sensor(s) 1202, auxiliary sensor(s) and systems and alignment system 1206 are connected to and controlled by the first controller 1210. The first and second controllers 1210 and 1214 may include one or more processors and memory. For example, Figure 12 shows a first controller including processor 1211 and memory 1213. Memory 1213 may store instructions to cause processor 1211 to perform the functions discussed herein. Other combinations of hardware and software may be used to implement controllers 1210 and 1214. The fixation system 1208 and the data recorder are connected to and controlled by the second controller 1214. The first and second controllers 1210 and 1214 are in wireless communication via the wireless communication means 1212. The instrument platform can be equipped with additional power supplies and batteries required for the operation of System 1200 components.

[00162] Данные, собранные датчиками 1202 и/или 1204, могут храниться в базе данных. База данных может содержать память для хранения и извлечения данных. Например, первый и/или второй контроллеры 1210 и 1214 могут побуждать передачу принятых данных (например, с помощью средства 1212 беспроводной связи) для сохранения в базе данных. В конкретном примере, показанном на Фигуре 12, устройство 1216 записи данных содержит указанную базу данных. Таким образом, данные, собранные датчиками 1202 и/или 1204, могут быть загружены вторым контроллером 1214 и/или устройством 1216 записи данных с помощью средства 1212 беспроводной связи. Данные могут быть извлечены из устройства 1216 записи данных для последующей обработки. В других вариантах выполнения первый контроллер 1210 может включать в себя базу данных, реализованную в памяти 1213, для хранения указанных данных.[00162] The data collected by sensors 1202 and/or 1204 may be stored in a database. The database may contain memory for storing and retrieving data. For example, the first and/or second controllers 1210 and 1214 may cause the received data to be transmitted (eg, via the wireless communication means 1212) to be stored in a database. In the specific example shown in Figure 12, the data recorder 1216 contains the specified database. Thus, the data collected by the sensors 1202 and/or 1204 can be downloaded by the second controller 1214 and/or the data recorder 1216 using the wireless communication means 1212. The data may be retrieved from the data recorder 1216 for further processing. In other embodiments, the first controller 1210 may include a database implemented in memory 1213 to store said data.

[00163] С использование средства 1212 беспроводной связи между первым контроллером 1210 и вторым контроллером 1214, инструментальная платформа может быть освобождена от каких-либо механических связей или соединительных кабелей, соединяющих ее с узлом основания или носителем при сборе ЭМ-данных, за исключением контакта на сферической опоре. В варианте выполнения отсутствуют соединительные кабели или ограничивающие устройства, которые могут затруднять свободное движение инструментальной платформы относительно узла основания. Средство 1212 беспроводной связи может содержать беспроводной передатчик. Альтернативно передающая часть средства 1212 беспроводной связи может быть частью контроллера 1210, и контроллер может обеспечивать функцию беспроводной связи. Варианты выполнения не ограничиваются конкретной компоновкой аппаратного обеспечения.[00163] Using means 1212 for wireless communication between the first controller 1210 and the second controller 1214, the instrument platform can be freed from any mechanical links or connecting cables connecting it to the base assembly or carrier when collecting EM data, with the exception of contact on spherical support. In the embodiment, there are no connecting cables or restrictive devices that can impede the free movement of the tool platform relative to the base assembly. Means 1212 wireless may include a wireless transmitter. Alternatively, the transmitting portion of the wireless communication means 1212 may be part of the controller 1210, and the controller may provide a wireless communication function. Embodiments are not limited to a particular hardware layout.

[00164] Подача питания компонентам на инструментальной платформе 1201 может осуществляться аккумулятором или эквивалентным источником питания, например, топливным элементом или конденсатором большой емкости. Питающие провода к датчикам 1202 и/или 1204 могут быть скручены для минимизации магнитных полей рассеяния от токов питания. Все элементы, установленные на инструментальной платформе 1201, могут быть надежно закреплены для минимизации или исключения случайных вибраций, вызванных относительным перемещением элемента относительно инструментальной платформы 1201.[00164] Components on the tool platform 1201 may be powered by a battery or an equivalent power source such as a fuel cell or a large capacitor. The supply wires to the 1202 and/or 1204 sensors may be twisted to minimize stray magnetic fields from supply currents. All elements mounted on the tool platform 1201 can be securely fastened to minimize or eliminate random vibrations caused by relative movement of the element relative to the tool platform 1201.

[00165] Некоторые компоненты, установленные на инструментальной платформе 1201, могут быть размещены в отсеке электронного оборудования с электромагнитным экранированием (например, в отсеке 170, показанном на Фигуре 1C). Экранированный отсек электронного оборудования и компоненты, находящиеся в нем, могут образовывать компенсирующий вес для датчиков векторных составляющих, так что инструментальная платформа, включающая в себя датчики и вспомогательное оборудование, может быть лишь слегка утяжелена в нижней части. В варианте выполнения экранированный отсек электронного оборудования может быть установлен в верхней цилиндрической части инструментальной платформы, и датчики векторных составляющих (например, датчики 146 или 840, показанные на Фигурах 1B и 9) могут быть установлены в нижней части инструментальной платформы.[00165] Some of the components mounted on the tool platform 1201 may be placed in an electromagnetically shielded electronics compartment (eg, compartment 170 shown in Figure 1C). The shielded electronics bay and the components contained therein can form an offset weight for the vector component sensors so that the instrument platform including the sensors and ancillary equipment can only be slightly weighted at the bottom. In an embodiment, a shielded electronics bay may be mounted at the top cylindrical portion of the tool platform, and vector component sensors (eg, sensors 146 or 840 shown in Figures 1B and 9) may be mounted at the bottom of the tool platform.

[00166] Вспомогательные датчик (датчики) и системы 1204, показанные на Фигуре 12, также могут содержать трехкомпонентный векторный магнитометр статического поля. Трехкомпонентный векторный магнитометр статического поля может зондировать статическое магнитное поле Земли. Трехкомпонентный векторный магнитометр статического поля может представлять собой связанный по постоянному току векторный магнитометр и может представлять собой магнитометр, отличный от ЭМ-датчика, который может представлять собой связанный по переменному току датчик. Например, ЭМ-датчик может содержать индукционный магнитометр с отсечкой низких частот на 1 Гц и минимальным уровнем шума 1 пТл/кв. корень из Гц на 1 Гц. Трехкомпонентный векторный магнитометр статического поля может представлять собой феррозондовый магнитометр, выполненный с возможностью зондирования статического магнитного поля с минимальным уровнем шума 10 пТл/кв. корень из Гц на 1 Гц.[00166] The auxiliary sensor(s) and systems 1204 shown in Figure 12 may also include a three-component static field vector magnetometer. The three-component static field vector magnetometer can probe the Earth's static magnetic field. The three-component static field vector magnetometer may be a DC coupled vector magnetometer and may be a magnetometer other than an EM sensor, which may be an AC coupled sensor. For example, an EM sensor may comprise an induction magnetometer with a 1 Hz low-frequency cutoff and a noise floor of 1 pT/sq. root of Hz per 1 Hz. The three-component static field vector magnetometer may be a fluxgate magnetometer configured to probe a static magnetic field with a noise floor of 10 pT/sq. root of Hz per 1 Hz.

[00167] Вспомогательные датчик (датчики) и система 1204 могут содержать высокоточный трехкомпонентный акселерометр, расположенный вблизи воздушной опоры, например, акселерометр 164, проиллюстрированный на Фигуре 1C.[00167] Auxiliary sensor(s) and system 1204 may include a highly accurate three-component accelerometer located proximate the air bearing, such as the accelerometer 164 illustrated in Figure 1C.

[00168] Система 1208 фиксации является дополнительной и может использоваться для блокировки инструментальной платформы в фиксированном положении относительно узла основания (и/или опорной стойки, на которой установлена сферическая опора), пока сбор электромагнитных данных не ведется. Система 1208 фиксации может приводиться в действие сжатым воздухом и может получать команды фиксации и освобождения инструментальной платформы от первого контроллера 1210. Система 1208 фиксации может быть установлена на верхней поверхности опорной стойки (например, столба 144, 710 или 810, показанного на Фигурах 1B, 7, 8 и 9). Система 1208 фиксации может содержать пневматические зажимы, которые выступают вверх от столба для зацепления инструментальной платформы 1201 и фиксации ее в определенном положении.[00168] The locking system 1208 is optional and can be used to lock the tool platform in a fixed position relative to the base assembly (and/or the support column on which the spherical support is mounted) while electromagnetic data is not being collected. The locking system 1208 can be actuated by compressed air and can receive commands to lock and release the tool platform from the first controller 1210. The locking system 1208 can be installed on the top surface of a support column (for example, a pillar 144, 710, or 810 shown in Figures 1B, 7 , 8 and 9). The locking system 1208 may include pneumatic clamps that protrude upward from the column to engage the tool platform 1201 and lock it in position.

[00169] Варианты выполнения не ограничиваются конкретной конфигурацией системы 1200, показанной на Фигуре 12. Например, в некоторых вариантах выполнения для управления всеми элементами системы может использоваться один контроллер. Один или более вспомогательных датчиков и систем 1204, система 1206 выравнивания и система 1208 фиксации могут быть исключены. Подобным образом, из системы 1200 может быть исключено устройство 1216 записи данных, и данные могут передаваться во внешнюю базу данных для хранения. Также возможны другие изменения.[00169] Embodiments are not limited to the particular configuration of system 1200 shown in Figure 12. For example, in some embodiments, a single controller may be used to control all elements of the system. One or more auxiliary sensors and systems 1204, alignment system 1206, and fixation system 1208 may be omitted. Similarly, data recorder 1216 may be removed from system 1200 and data may be transferred to an external database for storage. Other changes are also possible.

[00170] Система 1206 выравнивания, показанная на Фигуре 12, может использоваться для передачи крутящего момента на инструментальную платформу, что вызывает ее вращение вокруг центра вращения. Система выравнивания может включать в себя свой собственный контроллер (не показан), который может содержать процессор и/или память. В других вариантах выполнения управление системой выравнивания может быть реализовано первым контроллером 1210.[00170] The alignment system 1206 shown in Figure 12 can be used to transmit torque to the tool platform, which causes it to rotate around a center of rotation. The alignment system may include its own controller (not shown), which may include a processor and/or memory. In other embodiments, the alignment system may be controlled by the first controller 1210.

[00171] Передаваемый крутящий момент может менять ориентацию инструментальной платформы или ее угловую скорость. В этом варианте выполнения система 1206 выравнивания расположена на инструментальной платформе 1201 и получает команды от первого контроллера 1210. Однако также возможны другие расположения.[00171] The transmitted torque may change the orientation of the tool platform or its angular velocity. In this embodiment, the alignment system 1206 is located on the tool platform 1201 and receives commands from the first controller 1210. However, other locations are also possible.

[00172] Система 1206 выравнивания может содержать вентиляторы или другие средства приведения в движение воздуха для создания тяги. Приведение в движение воздуха может создавать крутящий момент вокруг центра вращения, вызывая вращение инструментальной платформы 1201. Система 1206 выравнивания может содержать средство для приведения в движение воздуха в трех независимых угловых направлениях и может содержать средство для обеспечения прямой или обратной тяги в каждом из этих направлений. Система 1206 выравнивания может содержать три независимо ориентированных реверсивных вентилятора (например, 654a, 654b и 654c, показанные на Фигуре 6B), или она может содержать вентилятор, который может поворачиваться для направления тяги в конкретном направлении. Система 1206 выравнивания может содержать вентилятор, прикрепленный к инструментальной платформе, который может направлять воздух через подвижные каналы, жалюзи или лопатки, так что направление его тяги может меняться.[00172] The alignment system 1206 may include fans or other means of propelling air to create thrust. The air propulsion may generate a torque about the center of rotation, causing the tool platform 1201 to rotate. The alignment system 1206 may include means for propelling the air in three independent angular directions, and may include means for providing forward or reverse thrust in each of these directions. Leveling system 1206 may include three independently oriented reversible fans (eg, 654a, 654b, and 654c shown in Figure 6B), or it may include a fan that can be rotated to direct thrust in a particular direction. The leveling system 1206 may include a fan attached to the tool platform, which may direct air through movable channels, louvers, or vanes so that the direction of its draft may change.

[00173] В дополнение или альтернативно система 1206 выравнивания может содержать подвижную массу. Положение подвижной массы может регулироваться для изменения гравитационного крутящего момента, действующего на инструментальную платформу. Гравитационный крутящий момент может меняться для противодействия маятниковому движению инструментальной платформы. В варианте выполнения гравитационные крутящие моменты могут непрерывно регулироваться при сборе данных для ослабления маятникового движения инструментальной платформы.[00173] In addition or alternatively, the alignment system 1206 may comprise a movable mass. The position of the moving mass can be adjusted to change the gravitational torque acting on the tool platform. The gravitational torque may vary to counteract the pendulum movement of the tool platform. In an embodiment, the gravitational torques can be continuously adjusted while collecting data to reduce the pendulum movement of the tool platform.

[00174] В одном варианте выполнения система 1206 выравнивания содержит вентиляторы, расположенные в верхней части инструментальной платформы для обеспечения тяги в трех независимых угловых ориентациях. Система выравнивания может работать периодически при наклоне инструментальной платформы достаточно близко к предельному углу наклона (например, углу α, показанному на Фигуре 7), и/или перед началом сбора ЭМ или других данных векторных составляющих для размещения инструментальной платформы вертикально и с небольшой угловой скоростью.[00174] In one embodiment, the leveling system 1206 includes fans positioned at the top of the tool platform to provide thrust in three independent angular orientations. The alignment system may be operated intermittently when the instrument platform is tilted close enough to the tilt limit (e.g., the angle α shown in Figure 7) and/or before EM or other vector data is collected to place the instrument platform vertically and at low angular velocity.

[00175] В некоторых вариантах выполнения система, описанная в настоящем документе, используется для аэроэлектромагнитной съемки. Инструментальная платформа 1201 может достаточно долго совершать свободное маятниковое движение относительно столба, на котором установлена сферическая опора, для завершения одного маршрута полета для ЭМ-съемки. Во время перехода с маршрута на маршрут при съемке или при наклоне инструментальной платформы чрезмерно близко к столбу, инструментальная платформа 1201 может возвращаться в вертикальное положение системой 1206 выравнивания. При выравнивании инструментальной платформы 1201 главная ось инструментальной платформы 1201 может перемещаться в пространственное положение, которое приблизительно параллельно оси столба с угловой скоростью, близкой к нулевой. Во время вращения инструментальной платформы 1201 системой 1206 выравнивания сбор электромагнитных данных может быть приостановлен, поскольку работа системы выравнивания может вызывать чрезмерно высокий электромагнитный или вибрационный шум движения.[00175] In some embodiments, the system described herein is used for airborne electromagnetic surveying. The instrument platform 1201 can freely oscillate relative to the pole on which the spherical support is mounted long enough to complete one EM survey flight path. During the transition from route to route when surveying or when the tool platform is tilted excessively close to the pole, the tool platform 1201 may return to the vertical position by the leveling system 1206. When leveling the tool platform 1201, the main axis of the tool platform 1201 can move to a spatial position that is approximately parallel to the column axis at an angular velocity close to zero. During the rotation of the tool platform 1201 by the alignment system 1206, electromagnetic data collection may be suspended because the operation of the alignment system may cause excessively high electromagnetic or vibrational movement noise.

[00176] Система 1206 выравнивания может содержать систему измерения углового движения. Система измерения углового движения может содержать контроллер и средство углового измерения для обнаружения углового движения инструментальной платформы 1201. Система измерения углового движения может отслеживать угловое расположение инструментальной платформы в отношении ее угла наклона и/или отслеживать ее угловую скорость. Средство углового измерения для обнаружения углового движения инструментальной платформы может содержать связанный по постоянному току векторный магнитометр, датчики наклона, акселерометры, гироскопы угловой скорости и/или датчики скорости вращения, прикрепленные к инструментальной платформе 1201. В варианте выполнения контроллер системы 1206 выравнивания может принимать сигналы от средства углового измерения. Контроллер может вычислять наклон инструментальной платформы 1201 и управлять системой 1206 выравнивания. Контроллер может подавать команды системе 1206 выравнивания для переориентирования инструментальной платформы 1201 или существенного уменьшения ее углового движения. В альтернативном варианте выполнения система измерения углового движения может входить во вспомогательные датчики и системы 1204, а не в систему 1206 выравнивания.[00176] The alignment system 1206 may include an angular motion measurement system. The angular motion measuring system may include a controller and an angular measuring means for detecting the angular motion of the tool platform 1201. The angular motion measuring system can track the angular location of the tool platform in relation to its tilt angle and/or track its angular velocity. An angle measurement means for detecting the tool platform's angular motion may include a DC coupled vector magnetometer, tilt sensors, accelerometers, rate of rotation gyroscopes, and/or rotation speed sensors attached to the tool platform 1201. In an embodiment, the leveling system controller 1206 can receive signals from means of angular measurement. The controller may calculate the slope of the tool platform 1201 and control the leveling system 1206. The controller may instruct the alignment system 1206 to reorient the tool platform 1201 or significantly reduce its angular movement. In an alternative embodiment, the angular motion measurement system may be included in the auxiliary sensors and systems 1204, and not in the alignment system 1206.

[00177] В некоторых вариантах выполнения один или более компонентов устройства, описанного в настоящем документе, могут быть выполнены из высокорезистивных и магнитно-непроницаемых материалов для снижения электромагнитного шума, который может возникать из-за индукции вихревого тока и намагничивания. Электронные компоненты могут быть экранированы мю-металлом или другими высокопроницаемыми или проводящими материалами для подавления электромагнитного шума, предотвращая его влияние на измерения данных ЭМ-съемки. Высокорезистивные и магнитно-непроницаемые материалы, которые могут быть использованы, включают в себя, но не ограничиваются, композиты из углеродного волокна, стекловолокна или натурального волокна, арамиды, пластики, дерево, резину, керамику и стекло.[00177] In some embodiments, one or more components of the device described herein may be made from highly resistive and magnetically impervious materials to reduce electromagnetic noise that can occur due to eddy current induction and magnetization. Electronic components can be shielded with mu-metal or other highly permeable or conductive materials to suppress electromagnetic noise, preventing it from interfering with EM data measurements. Highly resistive and magnetically impermeable materials that may be used include, but are not limited to, carbon fiber, glass fiber or natural fiber composites, aramids, plastics, wood, rubber, ceramics, and glass.

[00178] Фигура 13 представляет собой блок-схему способа сбора данных с подвижной инструментальной платформы, имеющей по меньшей мере один датчик векторных составляющих, прикрепленный к ней, в соответствии с некоторыми вариантами выполнения.[00178] Figure 13 is a flowchart of a method for collecting data from a movable instrument platform having at least one vector component sensor attached thereto, in accordance with some embodiments.

[00179] На этапе 1302 перемещают устройство, содержащее инструментальную платформу (включающую в себя датчик векторных составляющих). Устройство может быть аналогично любому из вышеописанных примерных вариантов выполнения, содержащих: узел основания; сферическую опору, установленную на узле основания; и инструментальную платформу, установленную на сферической опоре. Инструментальная платформа утяжелена в нижней части в том смысле, что она имеет центр масс, расположенный под центром вращения. Устройство также может содержать носитель (например, носитель 101, показанный на Фигурах 1A, 1B и 1D).[00179] At 1302, the device containing the instrument platform (including the vector component sensor) is moved. The device may be similar to any of the exemplary embodiments described above, comprising: a base assembly; a spherical support mounted on the base assembly; and a tool platform mounted on a spherical support. The tool platform is weighted at the bottom in the sense that it has a center of mass located below the center of rotation. The device may also include a carrier (eg, carrier 101 shown in Figures 1A, 1B and 1D).

[00180] Перемещение устройства может содержать буксировку устройства с помощью транспортного средства, установку устройства на движущееся транспортное средство или другое движущееся тело или транспортировку устройства, в качестве нескольких примеров.[00180] Moving the device may include towing the device with a vehicle, mounting the device on a moving vehicle or other moving body, or transporting the device, to name a few.

[00181] На этапе 1304 во время перемещения устройства собирают данные векторных составляющих с использованием по меньшей мере одного датчика векторных составляющих.[00181] In step 1304, during device movement, vector component data is collected using at least one vector component sensor.

[00182] В некоторых вариантах выполнения на инструментальной платформе установлен высокоточный трехкомпонентный акселерометр (например, акселерометр 164, показанный на Фигуре 1C), расположенный смежно со сферической опорой. В качестве математической зависимости для вычисления углового движения при биении на основе измеренного ускорения может использоваться передаточная функция. Затем на основе уравнений шума движения может быть вычислен шум биения.[00182] In some embodiments, a high-precision three-component accelerometer (eg, accelerometer 164 shown in Figure 1C) is mounted on the instrument platform adjacent to the spherical support. A transfer function can be used as a mathematical relationship to calculate the angular motion during a beat based on the measured acceleration. The beat noise can then be calculated based on the motion noise equations.

[00183] Фигура 14 представляет собой блок-схему примерного способа, реализуемого в вышеописанном устройстве, для корректировки шума биения в соответствии с некоторыми вариантами выполнения. Способ может выполняться контроллером, например, первым контроллером 1210, показанным на Фигуре 12, или любым другим подходящим средством обработки данных.[00183] Figure 14 is a flowchart of an exemplary method implemented in the apparatus described above for correcting beat noise, in accordance with some embodiments. The method may be performed by a controller, such as the first controller 1210 shown in Figure 12, or any other suitable processing means.

[00184] На этапе 1402 получают данные об ускорении от акселерометра.[00184] In step 1402, acceleration data is received from the accelerometer.

[00185] На этапе 1404 оценивают шум биения в зависимости от данных об ускорении. Эта оценка может содержать вычисление вращательного движения на основе входных данных от высокоточного трехкомпонентного акселерометра. Таким образом, шум биения может оцениваться на основе уравнений шума движения с использованием вычисленного углового изменения и измеренного статического магнитного поля Земли. Статическое магнитное поле Земли может, например, быть получено от трехкомпонентного связанного по постоянному току векторного магнитометра, прикрепленного к инструментальной платформе.[00185] In step 1404, the beat noise is estimated as a function of the acceleration data. This estimate may comprise calculating rotational motion based on input from a high precision three component accelerometer. Thus, the beat noise can be estimated based on the motion noise equations using the computed angular change and the measured static earth magnetic field. The Earth's static magnetic field can, for example, be obtained from a three-component DC coupled vector magnetometer attached to the instrument platform.

[00186] На этапе 1406 удаляют оцененный шум биения из данных датчика векторных составляющих, что может обеспечивать улучшенное измерение с уменьшенным шумом движения.[00186] At 1406, the estimated beat noise is removed from the vector component sensor data, which may provide improved measurement with reduced motion noise.

[00187] В некоторых вариантах выполнения шум движения может быть дополнительно снижен путем измерения угловых движений инструментальной платформы и соответственной корректировки ЭМ-данных датчика. Устройство может содержать магнитометр векторных составляющих статического поля и датчик измерения углового движения, установленные на инструментальной платформе. Один из способов, которые могут быть использованы, заключается в первоначальном вычислении шума движения с помощью уравнений шума вращательного движения,[00187] In some embodiments, motion noise can be further reduced by measuring the angular movements of the instrument platform and adjusting the EM data of the sensor accordingly. The device may contain a magnetometer of the vector components of the static field and a sensor for measuring the angular motion installed on the tool platform. One way that can be used is to first calculate the motion noise using the rotational motion noise equations,

Nc=m⋅(ω×B),Nc=m⋅(ω×B),

Nm=m⋅(ΔΘ×B), илиNm=m⋅(ΔΘ×B), or

N=m⋅(A×F).N=m⋅(A×F).

[00188] И последующем удалении вычисленного шума из данных. Контроллер устройства может, например, оценивать шум движения на основе данных, принятых от средства определения пространственного положения и датчика измерения углового движения. Однако на практике в случае ЭМ-данных непосредственные угловые измерения не являются достаточно точными для точной оценки шума по меньшей мере для разрешения порядка пикоТесла в полосе частот ниже 20 Герц с использованием доступного в настоящее время контрольно-измерительного оборудования и подхода, связанного с передаточной функцией, или других математических средств, и вместо использования непосредственного углового измерения может потребоваться вычисление углового движения на основе измерений ускорения.[00188] And then removing the calculated noise from the data. The device controller may, for example, estimate the motion noise based on the data received from the attitude determination means and the angular motion measurement sensor. However, in practice, in the case of EM data, direct angle measurements are not accurate enough to accurately estimate the noise at least to resolve the order of picoTesla in the frequency band below 20 Hertz using currently available instrumentation and the transfer function approach, or other mathematical means, and instead of using a direct angular measurement, it may be necessary to calculate the angular motion from the acceleration measurements.

[00189] Следует понимать, что в некоторых вариантах выполнения может быть реализовано сочетание более чем одного из вышеописанных подходов. Варианты выполнения не ограничиваются каким-либо конкретным одним или несколькими подходами, способами или устройствами, раскрытыми в настоящем документе. Специалистам в данной области техники будет понятно, что изменения вариантов выполнения, описанных в настоящем документе, могут быть выполнены в различных реализациях без отклонения от объема изобретения. В связи с этим следует понимать, что в пределах объема приложенной формулы изобретения изобретение может быть реализовано на практике иначе, чем конкретно описано.[00189] It should be understood that in some embodiments, a combination of more than one of the above approaches may be implemented. Embodiments are not limited to any particular one or more of the approaches, methods, or devices disclosed herein. Those skilled in the art will appreciate that changes to the embodiments described herein may be made in various implementations without departing from the scope of the invention. In this regard, it should be understood that within the scope of the appended claims, the invention may be practiced otherwise than specifically described.

[00190] Вышеприведенное описание просто иллюстрирует применение принципов изобретения. Специалистами в данной области техники могут быть реализованы другие конструкции и способы без отклонения от объема настоящего изобретения.[00190] The above description simply illustrates the application of the principles of the invention. Other designs and methods can be implemented by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

Claims (44)

1. Устройство сбора данных векторных составляющих, содержащее:1. A device for collecting data of vector components, containing: узел основания;base node; сферическую опору, установленную на узле основания;a spherical support mounted on the base assembly; инструментальную платформу, имеющую по меньшей мере один датчик векторных составляющих, прикрепленный к ней, причем инструментальная платформа установлена на сферической опоре и поддерживается ею, в результате чего сферическая опора соединяет инструментальную платформу с узлом основания и позволяет свободное угловое вращение инструментальной платформы, в пределах диапазона угла наклона, вокруг сферической опоры, так что инструментальная платформа имеет центр вращения;a tool platform having at least one vector component sensor attached thereto, wherein the tool platform is mounted on and supported by a spherical support, whereby the spherical support connects the tool platform to the base assembly and allows free angular rotation of the tool platform, within a range of angle tilt, around a spherical support, so that the tool platform has a center of rotation; причем инструментальная платформа имеет центр масс, расположенный под центром вращения.moreover, the tool platform has a center of mass located under the center of rotation. 2. Устройство по п. 1, в котором инструментальная платформа выполнена с возможностью маятникового движения вокруг центра вращения, так что подавляется шум движения в пределах полосы частот сбора данных по меньшей мере одного датчика векторных составляющих.2. The apparatus of claim 1, wherein the instrument platform is configured to oscillate about a center of rotation so that motion noise within the acquisition bandwidth of at least one vector component sensor is suppressed. 3. Устройство по п. 1, в котором инструментальная платформа имеет собственную частоту маятникового движения, которая ниже наименьшей частоты полосы частот сбора данных по меньшей мере одного датчика векторных составляющих.3. The apparatus of claim 1, wherein the instrument platform has a natural pendulum frequency that is below the lowest frequency of the acquisition bandwidth of at least one vector component sensor. 4. Устройство по любому из пп. 1-3, в котором инструментальная платформа является жесткой.4. The device according to any one of paragraphs. 1-3, in which the tool platform is rigid. 5. Устройство по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащее носитель, причем узел основания соединен с носителем.5. The device according to any one of paragraphs. 1-4 further comprising a carrier, the base assembly being connected to the carrier. 6. Устройство по п. 5, в котором носитель содержит буксировочную раму и соединительный механизм, соединяющий узел основания с буксировочной рамой.6. The apparatus of claim 5, wherein the carrier comprises a towing frame and a coupling mechanism connecting the base assembly to the towing frame. 7. Устройство по п. 5 или 6, в котором носитель представляет собой воздушный носитель, выполненный с возможностью буксировки воздушным транспортным средством.7. An apparatus according to claim 5 or 6, wherein the carrier is an air carrier capable of being towed by an air vehicle. 8. Устройство по любому из пп. 1-7, в котором сферическая опора представляет собой воздушную опору.8. The device according to any one of paragraphs. 1-7, in which the spherical support is an air support. 9. Устройство по любому из пп. 1-8, в котором сферическая опора содержит единственное механическое соединение между узлом основания и инструментальной платформой.9. The device according to any one of paragraphs. 1-8, in which the spherical support contains a single mechanical connection between the base assembly and the tool platform. 10. Устройство по любому из пп. 1-9, в котором указанный по меньшей мере один датчик векторных составляющих включает в себя три независимо ориентированных датчика векторных составляющих.10. The device according to any one of paragraphs. 1-9, wherein said at least one vector component sensor includes three independently oriented vector component sensors. 11. Устройство по любому из пп. 1-10, дополнительно содержащее контроллер, содержащий процессор и память, причем контроллер принимает данные от указанного по меньшей мере одного датчика.11. The device according to any one of paragraphs. 1-10 further comprising a controller comprising a processor and memory, the controller receiving data from said at least one sensor. 12. Устройство по п. 11, в котором контроллер сохраняет принятые данные.12. The apparatus of claim. 11, in which the controller stores the received data. 13. Устройство по п. 11 или 12, дополнительно содержащее средство беспроводной связи, причем контроллер побуждает средство беспроводной связи к передаче принятых данных для сохранения в базе данных.13. The apparatus of claim 11 or 12, further comprising wireless communication means, wherein the controller causes the wireless communication means to transmit received data for storage in a database. 14. Устройство по любому из пп. 1-13, в котором узел основания содержит опорную стойку, причем сферическая опора установлена на опорной стойке.14. The device according to any one of paragraphs. 1-13, wherein the base assembly comprises a support post, the spherical support being mounted on the support post. 15. Устройство по п. 14, в котором опорная стойка содержит столб, проходящий вверх от узла основания.15. The apparatus of claim 14, wherein the support post includes a post extending upward from the base assembly. 16. Устройство по любому из пп. 1-15, в котором указанный по меньшей мере один датчик векторных составляющих включает в себя по меньшей мере одно из следующего:16. The device according to any one of paragraphs. 1-15, wherein said at least one vector component sensor includes at least one of the following: по меньшей мере один электромагнитный датчик;at least one electromagnetic sensor; по меньшей мере один гравиметрический датчик.at least one gravimetric sensor. 17. Устройство по любому из пп. 1-16, в котором указанный по меньшей мере один датчик векторных составляющих содержит по меньшей мере один градиентометрический датчик.17. The device according to any one of paragraphs. 1-16, wherein said at least one vector component sensor comprises at least one gradiometric sensor. 18. Устройство по любому из пп. 1-17, в котором инструментальная платформа содержит обращенную вниз юбку, причем обращенная вниз юбка обеспечивает зазор вокруг сферической опоры и узла основания, обеспечивающий диапазон наклонного вращения инструментальной платформы в пределах диапазона угла наклона.18. The device according to any one of paragraphs. 1-17, wherein the tool platform comprises a downwardly facing skirt, the downwardly facing skirt providing clearance around the spherical support and the base assembly to provide a range of tool platform oblique rotation within the tilt angle range. 19. Устройство по любому из пп. 1-18, дополнительно содержащее:19. The device according to any one of paragraphs. 1-18, additionally containing: систему выравнивания; иleveling system; and систему измерения углового движения,angular motion measuring system, причем система выравнивания в зависимости от углового движения, измеренного системой измерения углового движения, подает выравнивающие крутящие моменты на инструментальную платформу, вызывая ее вращение вокруг сферической опоры.moreover, the alignment system, depending on the angular movement measured by the angular movement measurement system, applies leveling torques to the tool platform, causing it to rotate around the spherical support. 20. Устройство по п. 19, в котором система выравнивания содержит одно из следующего:20. The apparatus of claim 19, wherein the alignment system comprises one of the following: множество движителей, расположенных на инструментальной платформе, причем движители создают указанные выравнивающие крутящие моменты; иa plurality of propulsors located on the tool platform, the propulsors producing said equalizing torques; and множество узлов подвижных масс, расположенных на инструментальной платформе, причем узлы подвижных масс создают указанные выравнивающие крутящие моменты.a plurality of movable mass assemblies disposed on the tool platform, wherein the movable mass assemblies generate said equalizing torques. 21. Устройство по п. 19 или 20, в котором выравнивающие крутящие моменты создаются по меньшей мере для одного из следующего:21. The device according to claim 19 or 20, in which the equalizing torques are generated for at least one of the following: ориентации утяжеленной в нижней части инструментальной платформы так, чтобы ее главная ось была расположена по существу вертикально; иorienting the lower-weighted tool platform such that its major axis is substantially vertical; and уменьшения угловой скорости.decrease in angular velocity. 22. Устройство по любому из пп. 1-21, дополнительно содержащее акселерометр, расположенный на инструментальной платформе, причем акселерометр измеряет данные об ускорении, а контроллер выполнен с возможностью:22. The device according to any one of paragraphs. 1-21, further comprising an accelerometer located on the tool platform, wherein the accelerometer measures acceleration data, and the controller is configured to: приема данных об ускорении;receiving acceleration data; оценки шума биения в зависимости от данных об ускорении;beat noise estimates depending on acceleration data; и удаления шума биения из данных, полученных от указанного по меньшей мере одного датчика векторных составляющих.and removing beat noise from data received from said at least one vector component sensor. 23. Способ сбора данных векторных составляющих с подвижной инструментальной платформы, имеющей по меньшей мере один датчик векторных составляющих, прикрепленный к ней, причем способ содержит этапы, на которых:23. A method for collecting vector component data from a movable instrument platform having at least one vector component sensor attached thereto, the method comprising: перемещают устройство, содержащее: узел основания; сферическую опору, установленную на узле основания; и инструментальную платформу, причем инструментальная платформа установлена на сферической опоре и поддерживается ею, в результате чего сферическая опора соединяет инструментальную платформу с узлом основания и позволяет свободное угловое вращение инструментальной платформы, в пределах диапазона угла наклона, вокруг сферической опоры, так что инструментальная платформа имеет центр вращения, причем инструментальная платформа имеет центр масс, расположенный под центром вращения; иmove the device, containing: the site of the base; a spherical support mounted on the base assembly; and a tool platform, wherein the tool platform is mounted on and supported by the spherical support, whereby the spherical support connects the tool platform to the base assembly and allows free angular rotation of the tool platform, within a range of inclination angle, about the spherical support, so that the tool platform has a center rotation, and the tool platform has a center of mass located under the center of rotation; and во время перемещения устройства собирают данные векторных составляющих с использованием указанного по меньшей мере одного датчика векторных составляющих.while the device is moving, vector component data is collected using said at least one vector component sensor. 24. Способ по п. 23, в котором устройство дополнительно содержит носитель, причем узел основания соединен с носителем, и24. The method of claim 23, wherein the device further comprises a carrier, the base assembly being connected to the carrier, and этап перемещения устройства включает в себя буксировку носителя.the step of moving the device includes towing the carrier. 25. Способ по п. 23 или 24, в котором инструментальная платформа выполнена с возможностью маятникового движения вокруг центра вращения, так что подавляется шум движения в пределах полосы частот сбора данных указанного по меньшей мере одного датчика векторных составляющих.25. The method of claim 23 or 24, wherein the instrument platform is operable to pendulum about a center of rotation so that motion noise within the acquisition bandwidth of said at least one vector component sensor is suppressed.
RU2018133465A 2017-09-22 2018-09-21 Data collection device and method RU2771749C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA2980061A CA2980061C (en) 2017-09-22 2017-09-22 Apparatus and method for data acquisition
CA2980061 2017-09-22

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018133465A RU2018133465A (en) 2020-03-23
RU2018133465A3 RU2018133465A3 (en) 2021-10-29
RU2771749C2 true RU2771749C2 (en) 2022-05-11

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6369573B1 (en) * 1997-09-03 2002-04-09 The Broken Hill Proprietary Company Limited Apparatus for reducing rotation of a towed airborne article
WO2015103608A1 (en) * 2014-01-06 2015-07-09 Lockheed Martin Corporation Gravity gradiometer system with spherical air bearing based platform

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6369573B1 (en) * 1997-09-03 2002-04-09 The Broken Hill Proprietary Company Limited Apparatus for reducing rotation of a towed airborne article
WO2015103608A1 (en) * 2014-01-06 2015-07-09 Lockheed Martin Corporation Gravity gradiometer system with spherical air bearing based platform

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8456159B2 (en) Stabilization system for sensors on moving platforms
CN109597133B (en) Apparatus and method for vector component data acquisition
AU2002221398B2 (en) Gravity gradiometry
AU2002221398A1 (en) Gravity gradiometry
CN106443827B (en) A kind of dynamic accuracy appraisal procedure for moving base gravimeter
RU2771749C2 (en) Data collection device and method
CA2303059C (en) Apparatus for reducing rotation of an article
Araya et al. Development and demonstration of a gravity gradiometer onboard an autonomous underwater vehicle for detecting massive subseafloor deposits
JP2019189196A (en) Universal head mounted on unmanned aircraft for fixing positional relations between antenna and sensor, and stabilizing posture
JP4175639B2 (en) Magnetic support type vibration measuring method and apparatus
CN114355459A (en) Nacelle type aviation low-frequency three-component natural field electromagnetic surveying system and control method
AU757798B2 (en) Apparatus for reducing rotation of an article
AU740498B2 (en) Apparatus for reducing rotation of an article