[發(fā)明專利]一種無人機(jī)搭載的空中電磁信號觀測裝置和系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2022-06-16
• 公開（公告）號: CN115097528A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武欣;薛國強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所
• 主分類號: G01V3/00
• 分類號: G01V3/00
• 代理公司: 北京竟易和專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 16103
• 代理人: 李欣迎

本申請?zhí)岢鲆环N無人機(jī)搭載的空中電磁信號觀測裝置和系統(tǒng)，所述裝置包括：相互連接的內(nèi)框架、外框架和韌性支架，所述外框架的表面設(shè)置多個掛接點(diǎn)，用于連接纜繩；所述韌性支架安裝于無人機(jī)下方，所述韌性支架為多輻傘狀結(jié)構(gòu)，各個輻條頂端通過纜繩連接于所述外框架的掛接點(diǎn)；所述外框架為空心閉合結(jié)構(gòu)，所述外框架的管材內(nèi)部用于安裝接收機(jī)的各個電子學(xué)單元；所述外框架的表面設(shè)置一個或者多個電纜接口，所述電纜接口用于連接傳感器輸出信號電纜；所述內(nèi)框架用于容納感應(yīng)式磁傳感器。能夠增強(qiáng)傳感器飛行中的穩(wěn)定性，大幅顯著抑制運(yùn)動噪聲。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地球物理勘探技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無人機(jī)搭載的空中電磁信號觀測裝置和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

人工源電磁法利用接地導(dǎo)線或閉合回線作為發(fā)射裝置對大地進(jìn)行激勵，通過觀測大地響應(yīng)信號，實(shí)現(xiàn)對大地電性參數(shù)分布信息的提取。傳統(tǒng)的電磁法裝置布設(shè)在地表上，在沙漠、戈壁、山地、濕地、水網(wǎng)密集區(qū)域通常難以快速開展工作。為克服地形地貌條件限制，上世紀(jì)七十年來以來，先后出現(xiàn)了兩種類型的航空電磁觀測方法：全航空電磁法(Airborneelectromagnetic method,AEM)與半航空電磁法(Semi-Airborne electromagneticmethod,SAEM)。

AEM將全部探測裝備均搭載于飛行平臺上，工作效率高，然而其發(fā)射功率及天線尺寸等參數(shù)受到飛行平臺供電與搭載能力的限制，導(dǎo)致其探測深度相對有限。與AEM不同，SAEM方法通常將系統(tǒng)的發(fā)射端(發(fā)射機(jī)+天線)布設(shè)于地表，將接收端(接收機(jī)+傳感器)搭載于飛行平臺上。由于發(fā)射端的重量與功率等參數(shù)原則上可以不受限制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)較AEM更大的探測深度；與此同時，觀測裝置由于搭載于飛行平臺上，可以實(shí)現(xiàn)對大地響應(yīng)的運(yùn)動觀測，從而同樣可以達(dá)到較高的工作效率。

根據(jù)應(yīng)用需求不同，SAEM的接收端通常具有兩種設(shè)計(jì)方案：

1)多場量、多分量復(fù)合傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)一次飛行獲取更多的探測信息，然而這類設(shè)計(jì)通常也會導(dǎo)致傳感器吊艙整體重量較大，必須采用直升機(jī)或重型無人機(jī)進(jìn)行搭載，探測成本較高。

2)單場量、單分量傳感器，盡管通常只能用于觀測Z軸磁場響應(yīng)，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，整體重量較輕，可以使用民用輕小型無人機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行搭載，保有、運(yùn)營及維護(hù)成本非常低。

相較之下，第二種方案對于中小規(guī)模用戶及經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)具有更強(qiáng)的吸引力。

目前，單場量、單分量的主流搭載形式如圖1所示。在無人機(jī)的底部掛載SAEM接收機(jī)；將主纜繩結(jié)構(gòu)一端連接于無人機(jī)底部，另一端連接用于掛載SAEM傳感器的傘狀纜繩結(jié)構(gòu)；采用數(shù)據(jù)電纜連接SAEM接收機(jī)與傳感器，實(shí)現(xiàn)對觀測數(shù)據(jù)的記錄與存儲。這種搭載形式結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，已得到了廣泛地應(yīng)用。

在應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)上述搭載形式存在一定問題，主要如下：

1)單一主纜繩結(jié)構(gòu)導(dǎo)致傳感器在飛行中容易在水平面上產(chǎn)生垂直前進(jìn)方向的往復(fù)震蕩。這種現(xiàn)象在無人機(jī)轉(zhuǎn)彎(進(jìn)入新測線時)及存在測風(fēng)時，尤為明顯。在實(shí)際觀測中發(fā)現(xiàn)，這類震蕩的幅度往往很大，而且持續(xù)時間很長，會對導(dǎo)致傳感器(線圈)在水平面上的投影面積長時間劇烈變化，從而對觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

2)接收機(jī)安裝于無人機(jī)下方，無人機(jī)本身的電磁噪聲及機(jī)械震動會對接收數(shù)據(jù)產(chǎn)生顯著干擾。同時，采用較長的數(shù)據(jù)電纜連接接收機(jī)與傳感器，也將增加外部噪聲侵入幾率，同時也增加系統(tǒng)重量，最終影響數(shù)據(jù)質(zhì)量。

目前的這種設(shè)計(jì)方式選擇較長的主纜繩(一般會超過10米)主要基于以下考慮：將傳感器置于距離無人機(jī)較遠(yuǎn)處，從而減少無人機(jī)電磁噪聲對數(shù)據(jù)的影響。然而實(shí)踐證明：一方面，因傳感器的擺動而引入的運(yùn)動噪聲遠(yuǎn)較無人機(jī)電磁噪聲幅度更強(qiáng)、特征更復(fù)雜；另一方面，單純拉開無人機(jī)與傳感器的距離，而將接收機(jī)安裝于無人機(jī)下方，并不能完全解決問題，無人機(jī)的干擾依然可以通過接收機(jī)進(jìn)入數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容