基于彩虹4无人机的航磁测量技术应用研究.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW593基于彩虹 4 无人机的航磁测量技术应用研究郭华1,2)，韩松1)，王明1,2)1)1)中国自然资源航空物探遥感中心，北京，100086；一2)自然资源部航空地球物理与遥感地质重点实验室，北京，100086收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：刘志强。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.259作者简介：郭华，男，1981 年生，博士，教授级高工，主要从事地球探测与信息技术研究;Email:。关键词：关键词：无人机；航磁梯度测量；彩虹 4随着无人机飞行技术的快速发展，无人机在航空地球物理探测方面的应用日益广泛（熊盛青，周锡华，薛典军，2018）。在固定翼彩虹 4 无人机上进行航空重磁测量设备的改装集成及试验飞行，是实现基于无人探测平台的综合地球物理测量处理方法技术研究的重要任务之一，为形成基于彩虹 4无人机的航空重磁综合测量装备的改装做技术储备，同时是系统形成基于无人机的航空重磁数据采集-处理-解释系统及相关技术要求的基础。2021 年8 月，搭载航空重磁设备的彩虹 4 无人机完成了5000 测线公里的示范应用的飞行任务，顺利降落在东部沿海某机场，此次任务的完成标志着彩虹 4 无人机航空重磁测量系统已达到生产应用的标准，具备了在海洋及高原地区开展航空重磁综合测量飞行任务的能力（郭华，王平，吴成平，2023）。1飞行平台改装1.1电磁兼容性电缆敷设时应考虑电磁兼容性，以满足使用要求。安装后将进行试飞，以确定所安装的设备与飞机上已安装的设备之间的电磁兼容。完成改装后将进行地面和空中通电检查，确保航磁水平梯度测量设备对飞机设备，以及飞机设备对航磁水平梯度设备不存在相互影响。1.2气动和操稳特性本次改装仅仅对飞机机翼进行更改，但飞机的外形有所改变，针对“航磁水平梯度测量设备”对飞机升/阻特性的影响进行了分析。通过风洞试验可知，彩虹 4 无人机改装后飞机的气动性能、操纵性和稳定性没有明显降低。1.3总量和重心考虑飞机在使用过程中经常使用的典型任务飞行剖面过程中会因燃油装载情况变化而有所变化，特将飞机的重量和重心变化情况进行理论计算。为确保改装后空机重量和重心数据的准确性，在完成改装后将按照相关技术条件进行飞机空机重量和重心的测量，即称重。称重所得的空机重量和重心数据将作为彩虹 4 无人机安装“航磁水平梯度测量设备”后飞机装载计算的唯一依据。2航磁全轴梯度测量系统集成为完成航磁水平梯度勘查系统试验飞行进行飞机安装前的仪器测试工作，项目组在石家庄灵寿县进行了仪器的静态测试，为进行飞机安装前的仪器保障打下了坚实的基础。空中测量系统使用AGS-863 航空全轴梯度收录与补偿系统，配备四台Cs-3 铯光泵磁力仪以及 GPS 定位系统组成，磁日变测量系统以铯-3 铯光泵磁力仪为主体，配备其它辅助测量系统联机组成。测量系统完成磁静态稳定性、一致性测试（与日变测量系统）；频率响应与探头转向差测试；GPS 稳定性及定位精度测试；数据采集系统错误码率测试后就可将上述测量设备集成安装到彩虹 4 无人机上（图 1）。梯度补偿是彩虹 4 无人机航磁全轴梯度测量工作成功与否的关键。这直接关系到能否获得正确的梯度测量值。此外补偿仪还要完成频率到磁场值的转换、总场和梯度的补偿、数字滤波等功能。梯度测量非常在意的各道间的时间同步和延迟（带宽）均由补偿仪决定。所有这些问题都需要在补偿仪的设计中通过软、硬件融合加以解决，其效果均由补偿飞行和测量飞行进行检验和测试。地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1594通过试飞测量表明：由彩虹 4 型物探专用的固定翼无人机系统搭载的航磁和航磁梯度测量系统可以实现航磁总场、梯度（横向水平梯度和垂向梯度）测量。航磁总场补偿后标准差优于30pT，横向梯度动态四阶差分优于2pT/m，垂向梯度动态四阶差分优于6pT/m。该指标经国家图书馆查新后达到国际领先水平。参考文献/References熊盛青,周锡华,薛典军.2018.航空地球物理综合探测理论技术方法装备应用.北京:地质出版社.郭华,王平,吴成平.2023.航磁全轴梯度勘查系统应用解释研究.北京：地质出版社：19.GUO Hua,HAN Song,WANG Ming:Research on theapplication of aeromagnetic measurement technology basedon Rainbow 4 unmanned aerial vehicleKeywords:UAV;aeromagnetic gradient measurement;Rainbow 4图 1 基于彩虹 4 无人机的航磁全轴梯度测量系统