基于无人飞艇平台的航磁系统试验与应用

㊀第４０卷第６期物㊀探㊀与㊀化㊀探

Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．６㊀㊀２０１６年１２月

ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ＆ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ

Ｄｅｃ．，２０１６㊀

ｄｏｉ：１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１６．６．１３王波，贾学天，刘建生，等．基于无人飞艇平台的航磁系统试验与应用［Ｊ］．物探与化探，２０１６，４０（６）：１１３８－１１４３．ｈｔｔｐ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１６．６．１３

ＷａｎｇＢ，ＪｉａＸＴ，ＬｉｕＪＳ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｔｒｉａｌａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｅｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｕｎｍａｎｎｅｄｂｌｉｍｐｐｌａｔｆｏｒｍ［Ｊ］．ＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄＧｅｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，２０１６，４０（６）：１１３８－１１４３．ｈｔｔｐ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１７２０／ｗｔｙｈｔ．２０１６．６．１３

基于无人飞艇平台的航磁系统试验与应用

王波，贾学天，刘建生，赵国凤，孙希莹，陆殿梅

（江苏省地质勘查技术院，江苏南京㊀２１００４９）

摘要：介绍了艇载航磁系统的研制与集成，采用的飞行平台为无人飞艇，配备有优秀的飞控导航系统和高精度航空磁测系统，可实现无人驾驶㊁三维自主导航沿设计测线飞行㊂该系统分别完成了飞行试验与实际应用工作，测量成果与测区内以往航磁成果进行对比，结果显示其反映的地磁场特征形态基本一致，验证了系统的有效性；因工作比例尺与飞行参数不同，本次航磁异常等值线在细节上表现更为细致，弱磁异常表现更为清晰㊂在实际生产应用中，本系统为一些地面勘查难度大，范围小的区域进行航磁测量等提供了一种快速㊁高效的工作手段㊂关键词：无人飞艇；航磁系统；试验与应用

中图分类号：Ｐ６３１㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１０００－８９１８（２０１６）０６－１１３８－０６

㊀㊀收稿日期：２０１５－１０－１３；修回日期：２０１６－０４－１５

㊀㊀基金项目：中国地质调查局地质矿产调查工作项目（１２１２０１１３０９０７００）

㊀㊀随着国内勘查工作的发展，矿产勘查主要趋向于两大主要方向，一是尚未勘查或工作程度较低的地区，这些区域大多地形较为复杂，如森林㊁沼泽㊁海洋等，勘查难度较大㊂二是在已知成矿带外围或深部继续探测，较小范围内深入研究，攻深找盲㊂磁法勘探在矿产资源勘查过程中起着重要的作用，尤其在当前以地勘单位为主体的找矿工作中，地面磁测是主要的勘查手段㊂但由于现阶段可勘查区域地形复杂难以通行加大了工作难度，同时城镇化进程快而造成干扰大；而传统航磁测量成本较高，不适用于较小范围内展开㊂国内部分地勘单位纷纷寻求在小范围大比例尺㊁地形复杂㊁地面施工困难的地区开展新的勘查手段㊂

随着无人机技术的成熟，无人机航磁测量系统也快速发展㊂基于无人机航磁测量系统具有小型化㊁智能化㊁重量轻㊁尺寸小等特点，其研发与应用日益受到世界各航空地球物理公司的广泛关注，如Ｆｕｇｒｏ公司Ｇｅｏｒａｎｇｅｒ高精度无人机航空磁力测量系统㊁加拿大ＵｎｉｖｅｒｓａｌＷｉｎｇ航空地球物理公司的ＵＡＶ航磁系统㊁英国Ｍａｇｓｕｒｖｅｙ公司的ＰｒｉｏｎＵＡＶ航空磁梯度测系统等［１７］㊂国内的中国国土资源航空物探遥感中心㊁中国地质科学院及中国科学院遥

感与数字地球研究所㊁中船重工第七一五研究所等单位也先后开展了基于固定翼或直升机无人机航磁测量技术的研究工作，并取得了很好的成果，如基于国产彩虹３无人机的航空物探（磁／放）综合站［８１０］㊂部分省级地勘单位也通过改进飞行平台，应用轻型或无人驾驶飞行器搭载航磁仪拓展工作方法㊂笔者采用无人驾驶飞艇搭载航磁仪集成研发了艇载航磁系统，无人飞艇具有低空低速㊁稳定便捷㊁耐久安全等特点，无跑道要求，可夜间飞行，维护维修简单，适合于搭载轻便型航空测量仪器进行野外工作㊂２０１１年本系统成功试验飞行，现已在平原㊁丘陵和中低山地区的地形条件下开展过航磁测量，取得了较好的勘查效果㊂

１㊀系统研发

在对各种类型的轻型飞行器㊁无人飞行平台的性能与特点进行充分调研的基础上，结合当前航磁测量的工作定位，自主研制了艇载航磁系统㊂系统主要包括无人飞艇平台和航磁系统两部分，飞艇在空中飞行与地面控制使用无线电传输和控制命令，系统组成框图见图１㊂

㊀６期王波等：

基于无人飞艇平台的航磁系统试验与应用

图１㊀艇载航磁系统组成

１．１㊀飞行平台

飞艇属于轻于空气的飞行器，靠空气浮力升空，通过配置的动力装置实现飞行和操控

［１１］

㊂本次采

用的无人驾驶飞艇主要有艇囊㊁尾翼和吊舱几部分

组成，续航时间２ ４ｈ，飞行速度５０ｋｍ／ｈ，相对飞行高度在５０ ３００ｍ之间，海拔飞行高度可达４ｋｍ，技术指标见表１，该飞行平台具有以下特点：

㊀㊀１）控制系统采用神经元自适应飞控导航系统，具备目测遥控㊁超视距实时控制和预编程自主机动飞行功能，可以根据作业要求设置飞行航线和任务指令㊂

２）自驾导航系统投入生产使用前进行了抗风试验，风速小于５ｍ／ｓ时满足飞艇平稳飞行，最大抗风能力小于１２ｍ／ｓ㊂

３）通信系统使用无线电传输和控制㊂飞艇飞

行过程中的系统方位㊁姿态㊁速度㊁电量等数据和搭载的任务设备数据信号经链路传至地面站，可实现

对平台和任务载荷的远程监控㊂

４）采用油电混合动力系统，在电池缺电或断电的情况下汽油发动可发挥作用，而在没油或发动机出现故障时电动机则会发挥作用㊂

５）艇囊主要由有聚酯材料制作，内部充满氦

气㊂氦气属于惰性气体，具有很高的安全性，同时产生大量升力，抵消了绝大部分飞艇自重，载重能力相对较大㊂

表１㊀飞艇主要技术指标

参数指标艇长／ｍ１２．０艇宽／ｍ３．９艇高／ｍ４．２气囊体积／ｍ３７７有效载荷／ｋｇ１３续航时间／ｈ２ ４巡航速度／（ｍ／ｓ）１３ ２１相对飞行高度／ｍ

５０ ３００

１．２㊀航空磁测仪器

本项目采用ＲＳ⁃ＨＧＢ⁃１０型氦光泵航磁系统，系统主要由微型光泵探头㊁信号处理机㊁自动补偿器和

采集收录软件组成㊂该系统显示分辨率为０．００１

ｎＴ，静态噪声小于０．０１ｎＴ，航磁仪测量范围为３５０００ ７００００ｎＴ，灵敏度优于０．０１ｎＴ，采样率可设为１ １０次／ｓ，工作温度为０ħ ５０ħ㊂此系统可实时采集地磁场总场数据㊁矢量磁力仪的地磁三分量数据㊁ＧＰＳ的飞机实时位置数据等，实时对飞机产生的磁干扰进行补偿，并存储采集到的所有数据［１２］㊂

１．３㊀系统集成

为了减少飞行平台的磁干扰，实现高精度测量，飞艇中除关键部件外，其余各组件均采用无磁或弱磁材料，使航磁测量系统在最小的电磁干扰下，完成数据的采集工作㊂在飞艇的艇身腹部区域专门设计航磁测量系统固定工作平台（即固定箱），封装了航磁主机㊁电源等部分㊂固定箱的前侧设有长３．５ｍ碳纤探杆，探杆一端封装磁通门三分量传感器和航磁仪探头，使其远离发动机的影响㊂飞艇吊舱㊁航磁固定箱㊁探杆均通过绳索与艇囊进行固定，图２是集成后的艇载航磁系统［１３１４］㊂

２㊀磁干扰及其消除

飞行平台的磁干扰是影响高精度航磁测量的主要因素，为了提高磁力仪的测量精度，在航磁系统集成的过程中需要飞行平台本身磁干扰较小，并尽可

图２㊀艇载航磁系统

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