近年來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和航磁設(shè)備的小型化，航磁探測(cè)技術(shù)與無(wú)人機(jī)結(jié)合逐漸成為可能，彩虹三無(wú)人機(jī)航磁系統(tǒng)的成功作業(yè)證實(shí)了無(wú)人機(jī)航磁技術(shù)的可行性。但彩虹三的造價(jià)成本和運(yùn)營(yíng)成本過(guò)高也成為其弊端。因此，輕量化、專業(yè)化的無(wú)人機(jī)航磁平臺(tái)將會(huì)是未來(lái)的趨勢(shì)。

1.2建設(shè)目標(biāo)?建設(shè)專業(yè)的無(wú)人機(jī)航磁探測(cè)系統(tǒng)

?滿足航空物探規(guī)范以及未來(lái)即將推出的無(wú)人機(jī)航空物探規(guī)范

?以實(shí)際航磁作業(yè)應(yīng)用為目標(biāo)

?提升整體航磁技術(shù)理論和實(shí)踐水平

?良好的保障和維護(hù)，保證設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定

2、解決方案2.1系統(tǒng)原理簡(jiǎn)述地球本身就是一個(gè)巨大的磁體，在地球表面會(huì)呈現(xiàn)緩慢梯度變化，同時(shí)，地球表面不同磁場(chǎng)特性的物質(zhì)，如巖石、礦體、人造設(shè)備等也會(huì)導(dǎo)致地磁場(chǎng)的劇烈變化，通過(guò)對(duì)一個(gè)區(qū)域的磁異常變化檢測(cè)和描述，可以有針對(duì)性的實(shí)現(xiàn)物質(zhì)探測(cè)和目標(biāo)尋找等目的。

2.2總體方案設(shè)計(jì)



傳感器2

設(shè)備重量894g傳感器間距1m

本系統(tǒng)采用航磁測(cè)量系統(tǒng)作為系統(tǒng)核心，對(duì)航磁探測(cè)所需各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和匯總，同時(shí)通過(guò)飛行中不斷采集所得數(shù)據(jù)。測(cè)量系統(tǒng)包含以下模塊：數(shù)據(jù)收錄采集模塊，三分量數(shù)據(jù)測(cè)量模塊，GPS模塊。

測(cè)量模式下分為三個(gè)步驟：準(zhǔn)備階段、測(cè)量階段、結(jié)果處理階段。

（一）準(zhǔn)備階段

搭建地磁日變觀測(cè)站；將航磁系統(tǒng)連接測(cè)試，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行；開(kāi)啟磁力儀，飛機(jī)起飛前開(kāi)始采集；

（二）測(cè)量階段

實(shí)時(shí)觀測(cè)飛機(jī)運(yùn)行軌跡，保證飛機(jī)按測(cè)線規(guī)劃飛行；

觀測(cè)地磁日變情況，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)變化時(shí)，應(yīng)密切注意其變化；

（三）結(jié)果處理階段

結(jié)果處理方面主要利用已有數(shù)據(jù)對(duì)野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出與編輯、壞點(diǎn)剔除、測(cè)線切割與合并、噪聲壓制、網(wǎng)格化、異常分離與增強(qiáng)等處理。

2.3硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)MAG-DN20G4無(wú)人航磁測(cè)量系統(tǒng)組成部分：

1、搭載平臺(tái)：電動(dòng)四旋翼無(wú)人機(jī)航磁改裝版（含航磁穩(wěn)定套件，安裝套件，北斗高精度定位模塊）

2、航磁部分：航磁測(cè)量系統(tǒng)（含磁探頭兩套，數(shù)據(jù)采集器，預(yù)留配件接口）

2.3.1航磁部分航磁測(cè)量系統(tǒng)

工作參數(shù)

電源	12 V
工作溫度	-20°C to +50°C
工作重量（調(diào)查工具包）	894 g含電池
總體功耗	400 mA
浪涌電流	2000 mA

數(shù)據(jù)記錄器

功率輸入	電池11.1V，1950mAh
傳感器輸入	內(nèi)部模擬
用戶界面	啟動(dòng)/停止按鈕；狀態(tài)LED
調(diào)查模式	起飛前開(kāi)始，著陸后停止
采樣率	200 Hz
內(nèi)部存儲(chǔ)器	2 GB，適合24小時(shí)不間斷記錄

磁通門參數(shù)

最大環(huán)境場(chǎng)	±75,000 nT
規(guī)定的測(cè)量范圍	±75,000 nT
分辨率	<0.3 nT
噪聲	﹤20pT/ @1Hz
溫度漂移	﹤0.3nT/K
尺寸	?35×365mm
IP	IP65

系統(tǒng)組成部分：

（1）2磁探頭及數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集器中預(yù)留額外接口，支持配件擴(kuò)展

（2）串行轉(zhuǎn)換器

（3）串行電纜

（4）兩11.1V、1950毫安時(shí)電池

（5）電池充電器

（6）配件包

2.3.2搭載平臺(tái)部分DN20-G4無(wú)人機(jī)，其最大特點(diǎn)是航時(shí)長(zhǎng)，載重大，飛行控制距離遠(yuǎn)，抗風(fēng)性能強(qiáng)（六級(jí)風(fēng)），具備雨、雪天工作能力，是一款針對(duì)航空磁測(cè)研發(fā)改進(jìn)的搭載平臺(tái)。支持搭載多種任務(wù)設(shè)備，支持集成多種傳感器。預(yù)留功能拓展接口，可應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況臨時(shí)掛載特種設(shè)備。

無(wú)人機(jī)是為搭載航磁系統(tǒng)做過(guò)改裝，材質(zhì)為特殊工藝，電機(jī)及旋翼使用特殊材料進(jìn)行屏蔽，提供航磁安裝解決方案，定制的航空磁力儀指定型號(hào)安裝套件，穩(wěn)定套件。



基本參數(shù)

構(gòu)成組成	全碳纖維機(jī)體（包含機(jī)翼和起落架）
伸展軸距	1357mm	作業(yè)半徑	10km
伸展尺寸	1762mm*1637mm*4 60mm	最大平飛速度	90km/h
收縮尺寸	612mm*500mm*230mm	實(shí)用升限	5000m
最大起飛重量	20kg	抗風(fēng)等級(jí)	6級(jí)
空機(jī)重量	6.7kg	驅(qū)動(dòng)方式	電驅(qū)動(dòng)
最大負(fù)載重量	8kg	額定功率	4kw
電池重量	5kg	空載續(xù)航時(shí)間	60min
安裝套件尺寸	100mm*150mm*70mm	定位精度	標(biāo)配米級(jí)（選配厘米級(jí)RTK）

全球定位模塊定位

通道數(shù)	401
BDS-2	B1, B2, B3
BDS-3	B1C, B2a（選配）
GPS	L1, L2C, L2P, L5
GLONASS	L1, L2
Galileo	E1C, E5a, E5b
SBAS&QZSS	支持
L-band	支持

精度和可靠性

偽距精度	GPS: L1=10cm, L2=10cm, L5=5cm BDS-2: B1=10cm, B2=10cm, B3=5cm GLO: G1=10cm, G2=10cm GAL: E1=10cm, E5a=10cm, E5b=10cm
載波精度	GPS: L1=1.0mm, L2=1.0mm BDS-2: B1=1.0mm, B2=1.0mm GLO: G1=1.0mm, G2=1.0mm GAL: E1=1.0mm, E5a=1.0mm, E5b=1.0mm
單點(diǎn)定位精度	單頻: H<3.0m, V<5.0m（1σ, PDOP<4.0） 雙頻: H<1.5m, V<3.0m（1σ, PDOP<4.0）
靜態(tài)差分精度	H: ±（2.5+1×10-6×D）mm V: ±（5.0+1×10-6×D）mm
RTK精度	H: ±（10+1×10-6×D）mm V: ±（20+1×10-6×D）mm
RTD精度	H: ±0.3m, V: ±0.5m
PPP精度	收斂時(shí)間: 20min H: ±0.1m, V: ±0.2m
授時(shí)精度	20ns
輸出延遲	0~40ms
測(cè)姿精度	方位角: （0.2/R）°（R為基線長(zhǎng)） 橫滾/俯仰角: （0.4/R）°（R為基線長(zhǎng)）

平臺(tái)組成（含北斗模塊）

序號(hào)	設(shè)備名稱	單位	數(shù)量
1	四旋翼飛行平臺(tái)	架	1
2	遙控器	個(gè)	1
3	地面站	套	1
4	數(shù)傳	套	1
5	電池充電器	套	1
6	動(dòng)力電池	組	2
7	運(yùn)輸包裝箱	套	1
8	工具	套	1
9	備件	套	1
10	航磁安裝套件	套	1
11	航磁穩(wěn)定套件	套	1
12	北斗高精度定位模塊	套	1

2.4旋翼無(wú)人機(jī)改裝方案改裝和安裝方案，測(cè)量飛機(jī)機(jī)身磁場(chǎng)分布情況以及轉(zhuǎn)向差，結(jié)合飛機(jī)結(jié)構(gòu)和重心設(shè)計(jì)，選擇探頭安裝位置及探桿長(zhǎng)度。此過(guò)程需要進(jìn)行一次嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)，并且根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)施論證。

為了使得飛機(jī)的氣動(dòng)外形盡可能不受影響，同時(shí)保證高精度的航磁測(cè)量，傳感器的連接線從探桿內(nèi)穿過(guò)至采集器。

在探桿中心處固定一個(gè)采集器，尺寸小重量輕，對(duì)飛行的氣動(dòng)影響小，因此直接固定在探桿上即可。傳感器的數(shù)據(jù)線同樣從探桿內(nèi)部進(jìn)入機(jī)身內(nèi)部任務(wù)載荷艙中。輔助配件部分額外使用安裝套件固定。

常用的改裝方案示意如下圖：



2.5實(shí)際測(cè)試案例案例1：江西某礦

江西某地地形條件復(fù)雜，落差大，本次野外工作使用 DN20-G4無(wú)人機(jī) 、MagDrone R3航空磁力儀進(jìn)行仿地飛行，全區(qū)比例尺選擇1:1萬(wàn)，測(cè)線間距0.1 km，控制線間距為 1km，構(gòu)成測(cè)網(wǎng)0.1×1 km，精度達(dá)到2.5nt。東區(qū)飛行高度150米；西區(qū)飛行高度150米，兩個(gè)工區(qū)共分為18個(gè)小工區(qū)，共設(shè)9處起飛點(diǎn)，飛行有效架次 43次，共計(jì)完成10km2。

遵循主測(cè)線方向應(yīng)垂直或基本垂直于測(cè)區(qū)內(nèi)主要地質(zhì)構(gòu)造走向這一原則，本測(cè)區(qū)確定測(cè)線方向東西向，控制線方向南北向。從全區(qū)實(shí)際測(cè)量結(jié)果看，磁場(chǎng)信息豐富，磁異常細(xì)節(jié)反映完整清晰，磁場(chǎng)空間分布規(guī)律性強(qiáng)，表明測(cè)網(wǎng)布置合理，取得了預(yù)期測(cè)量效果。測(cè)區(qū)高低磁異常分界明顯，具體表現(xiàn)為：南北向的磁異常分界線將整個(gè)西測(cè)區(qū)分為了左右（東西）兩個(gè)分區(qū)，左側(cè)整體表現(xiàn)低磁異常（最低值20nT），右側(cè)整體表現(xiàn)高磁異常（最高值120nT），符合該地區(qū)地質(zhì)情況。