[发明专利]面向四旋翼无人机平台的全张量磁场梯度测量装置和方法

说明书

本发明公开一种面向四旋翼无人机平台的全张量磁场梯度测量装置及方法，设计通过铰链安装于无人机左右两侧的脚底支撑架端部的共四个传感器，以及通过由舵机驱动的支撑杆吊装于无人机下方的一个传感器；采用适配于四旋翼无人机平台的传感器的布局方式，还通过铰链实现装置的可折叠功能。同时各传感器位置可调节，实现基线可调，可根据测量范围与磁性目标的磁场强弱动态调节基线。本发明实现了低成本、小型化、针对小范围区域、较高精度、网络化、多特征的磁特征检测系统。

技术领域

本发明用于新型无人机平台航空磁测，是一种面向四旋翼无人机平台的航空全张量磁场梯度测量装置和方法，具体包括一种面向四旋翼无人机平台的航空全张量磁场梯度测量装置和获得全张量磁场梯度的测量方法。

背景技术

磁特征检测系统广泛应用于陆地和海洋资源勘探、基建施工勘探、磁性目标定位、航天器磁特征地面测试等领域。磁特征探测技术是指利用磁性物质自身产生的磁场或磁性目标在地球磁场的作用下被磁化，扰动地磁场的原理以检测磁异常特征。磁特征检测相较于其他物理量探测具有响应快、效率高、应用范围广、隐蔽性强等优势，是现代物探技术协同测试的关键技术之一。

鉴于上述广泛的应用范围，较为成熟的航空磁特征检测系统也于近几年纷纷出现。表1.1汇总了9个国内外较为成熟的航空磁特征检测系统参数。

表1.1国内外较为成熟的航空磁特征检测系统及参数

调研结果表明：较为成熟的航空磁特征检测系统的载体飞行器均为固定翼飞机、直升机等。采用上述飞行器的磁特征检测系统具备稳定，受风力等不可控天气状况影响较小等优点。其可搭载重量更重、数量更多、体积更大的磁传感系统，探得的数据更加准确。但是，存在以下主要问题：

(1)价格昂贵：大型的固定翼飞机、直升机起飞价格昂贵，相关文件显示，进行1天的直升机作业的价格高达20万元，其中不包括各类器械租用与维护成本和飞行员与相关人员的人工成本。

(2)体积、重量庞大：上表中航空磁探系统多采用光泵磁力仪阵列磁场测量系统与超导量子干涉仪阵列测量系统。上述系统所占体积、重量庞大，在作业时整体装置体积区间为88～998m³，整体装置重量区间为650～28300kg，这导致了运输与应用也十分不便。

(3)效率低：专业的飞行器操作平台需要雇佣专业的飞行员与专业的相关维护人员，这使得在展开作业时操作非常复杂，相关协调与调度方面较为繁琐。且由于系统的一体化不强，数据整理较为复杂，导致磁特征检测作业效率低下。

(4)仅针对大范围区域：因整体作业装置体积重量庞大，且装置易被磁化从而影响磁特征提取，在应用时往往只能选取较大范围的区域进行磁特征分析，对于小范围区域的磁特征分析往往因大型飞行器固有的磁场影响与高分辨率要求具有较大误差。

(5)磁特征单一：仅能提供磁场强度|B|，磁场矢量B，强度梯度测量。

发明内容

针对上述行业现状，本发明提出一种面向四旋翼无人机平台的航空全张量磁场梯度测量装置和方法，实现了低成本、小型化(重量不超过1kg，体积不超过0.25m³)、针对小范围区域(20～1000m²)、较高精度(纳特级)、网络化、多特征(强度、矢量、梯度和张量)的磁特征检测系统。

本发明面向四旋翼无人机平台的全张量磁场梯度测量装置，包括在无人机的脚底支撑架底部水平面分布的四个传感器，分别安装于无人机左右两侧的脚底支撑架端部，以及无人机下方吊坠的一个传感器，传感器中心位于无人机前侧或后侧的两个传感器中心连线中点位置。

上述无人机的脚底支撑架底部水平面分布的四个传感器与脚底支撑架间通过折叠式传感器挂载装置连接，由折叠式传感器挂载装置在脚底支撑架底部水平面上向内折叠或向外展开。