[发明专利]一种三轴磁通门航磁测量系统及矫正补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于垂直起降固定翼飞行器的三轴磁通门航磁测量系统及矫正补偿方法，通过预先采集一系列飞行中随姿态变化产生的三轴磁通门数字输出读数作为数值输入，求解非线性最小二乘方程组，获得对三轴磁通门磁力仪具有共同影响的12个补偿参数，将获得的补偿参数存储入多数据同步采集及矫正补偿系统内，利用补偿算法对航磁飞行工作测线获得矢量磁场和总场数据进行实时和飞行后矫正补偿。本发明无需光泵磁力仪，即可获得补偿矫正后的磁场总场强度数据，适用于轻小型无人机平台，磁力仪集成于无人机任务仓内，保护到位，拆装方便，所采用的补偿算法极大地提高了三轴矢量高精度磁力仪的精度，大大降低了系统噪声。

技术领域

本发明涉及一种无人机航空地球物理探测技术，特别是涉及一种磁的 勘探或探测技术领域。

背景技术

目前市场上主要商用的磁力仪有磁通门磁力仪，质子磁力仪， Overhauser磁力仪，光泵磁力仪和超导量子干涉磁力仪。受制于探测原理、 探头物质、体积、重量、采样速率、价格等多方面因素制约，商用航空磁 测以光泵磁力仪为主，磁通门磁力仪作为补偿或者三分量测量为辅。

航空磁测最早用于海军针对潜艇引起的磁异常进行探测，后用于民用 的航空物理勘探工作。在物理勘探领域，航空磁测具有速度快、精度高、 不受地表干扰等特点，在地质制图、大区域地质构造研究、铁矿和其他金 属矿矿藏资源的评价、石油天然气成矿远景区的预测、工程地质和环境监 测时广泛使用。以往的航磁测量都是在固定翼飞机或直升机上进行设备搭 载测量，但航空勘察成本高昂，为获得高质量数据，低空飞行有巨大风险，而飞行高度过高，反映的地质效果分辨率较低、无法开展大比例尺工作。

其次由于飞行器材料多为金属，或多或少都有弱磁性。飞行中发动机 转子运动产生的磁场，以及飞机内航电系统通电后产生的感应磁场都会对 磁力仪造成干扰。为了让飞行器能搭载光泵磁力仪并获得有效数据，1944 年由美国海军部门的Tolles和Lawson(1944)给出了和飞机机动有关的干扰 场的工作模型。他们将与飞机机动有关的飞机磁场分为恒定磁场 Hp(Permanent field)、感应磁场Hi(Induced field)和涡流磁场Hc(Eddy-current field)。恒定磁场是指飞机上的磁性零部件和铁磁性材料剩磁所产生。感应 磁场主要是由飞行器机体上的软磁性材料在地磁场中被磁化而产生的，该 磁场的大小与引起它的外加磁场成正比，因此在三轴磁通门传感器坐标系 下，感应磁场的大小与方向将随着无人机的姿态变化而变化。涡流磁场是 金属机体飞行中切割地磁场而产生的，其各分量与投影到各坐标轴上的地 磁场变化率成正比。

Leliak在1961年对该模型进行了理论上的论证，将光泵航磁补偿方法 表达为理论公式如下：

H_T＝c₁ cos X+c₂ cos Y+c₃ cos Z+H_e{c₄ cos ²X+c₅ cos X cos Y+c₆ cos X cosZ+c₇ cos² Y+c₈ cos Y cos Z+c₉ cos ²Z}+H_e{c₁₀ cos X(cos X)′+c₁₁ cos X(cosY)′+c₁₂cos X(cos Z)′+c₁₃ cos Y(cos X)′+c₁₄ cos Y(cos Y)′+c₁₅ cos Y(cos Z)′+c₁₆ cos Z(cos X)′+c₁₇ cos Z(cos Y)′+c₁₈ cos Z(cos Z)′} 公式1