一种小型化垂直起降固定翼无人机航磁探测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及航测采集技术领域，特别涉及一种小型化垂直起降固定翼无人机航磁探测系统，该系统包括小型化垂直起降固定翼无人机，无人机前刺航磁吊舱，原子光泵磁力仪和三轴磁通门磁力仪，多数据同步航磁采集及补偿系统，多数据同步航磁采集及补偿系统包含GPS天线和GPS接收机、激光高度计、小型化姿态传感器及气压高度计、无线数传、多数据同步航磁采集及补偿器，多数据同步航磁采集及补偿系统与原子光泵磁力仪、三轴磁通门磁力仪相连接，将数据存储进与之相连的数据存储U盘内，还通过无线传输模块与连接计算机地面站系统实现通讯，实时传输航磁数据，因此本实用新型专利技术具有搭载能力高、具有GPS定位与导航能力，与地面实时无线数据传输能力的优点。数据传输能力的优点。数据传输能力的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化垂直起降固定翼无人机航磁探测系统


[0001]本技术涉及航测采集
，特别涉及一种小型化垂直起降固定翼无人机航磁探测系统。

技术介绍

[0002]目前，航空磁力探测(简称航磁探测)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。伴随着应用技术的成熟，无人机在航磁探测中的应用显著增加，无人机搭载航磁探测设备能够快速部署，高效、高精度的采集数据，开展大比例尺航磁作业不仅能够消除地面地表等干扰物和起伏地形产生的影响，充分节省成本，而且也能够在地质环境和安全标准禁止有人驾驶飞机磁测系统的环境中，承担探测任务甚至能获得比载人飞行器航磁系统更好质量的探测数据。
[0003]目前市场上主要商用的磁力仪有三轴磁通门磁力仪，质子磁力仪，Overhauser磁力仪，光泵磁力仪和超导量子干涉磁力仪。质子/overhauser，光泵磁力仪。质子磁力仪和Overhauser磁力仪由于工作方式，梯度容差，采样速率等限制，比较少用于航空磁测。而航空磁测，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，目前商用航空磁测以光泵磁力仪为主，三轴磁通门磁力仪作为补偿或者三分量测量为辅。
[0004]由于对磁性部件特别敏感的特性，航磁系统对于无人机的平台选择有比较特殊的要求，无人机的低磁性，飞行特性和续航时间，是实际航磁作业的关键因素之一。目前市场上，无人机种类大致可分为单旋翼，多旋翼和固定翼无人机。单旋翼无人机结构复杂,零部件繁多多,研发成本非常高,周期非常长,维修不便,对操作手的要求很高。多旋翼无人机容易操控和生产，但最大的问题是续航能力比较差，飞行距离和范围也受到了很大的限制。普通固定翼无人机虽然续航能力强速度也更快，但起飞和降落都是需要平坦的地形或者专用的跑道，对于需要野外作业的矿藏勘查等物探业务显然不是合适的选择。目前市场上和
出现了垂直起降固定翼无人机形式，以常规固定翼飞行器为基础，增加多轴动力单元，在起降及低速状态下按照多轴模式飞行或盘旋，而在平飞状态下，按照固定翼模式飞行，通过气动升力克服重力，大大提高了飞行时间和速度。但由于需要增加多个磁性器件如马达，电调等设备。垂直起降固定翼无人机搭载航磁需要一定的布局设计、选择及改装来满足要求，目前市场上也并无专门针对航磁系统设计的垂直起降固定翼无人机。
[0005]以往的航磁系统中需要包含GPS，光泵磁力仪，三轴磁通门磁力仪，采集器等装置，其体积较大，总重量一般在5kg以上。因此对于无人机平台的载重能力要求较高，市场上采用的多是昂贵的千万/百万级别大型固定翼无人机平台，或无人直升机平台来搭载。
[0006]其次很多商用光泵磁力仪和航磁补偿设备均依赖进口，价格非常昂贵，同时市场上主流的高精度光泵磁力仪属于敏感设备，进口受制于人。
[0007]再者根据目前国家相关法律法规，空机重量大于4kg，起飞重量(包含电池)大于7kg的无人机属于II类以上的无人机，无论是否在视距内飞行，都需要事先申请空域。而低于此重量要求的内，在适飞空域内，视距内飞行，不需要预先申请空域，只需实时上报到监
管平台。上述条件大大限制了光泵磁力仪航磁测量系统的推广和应用，目前主要研究和技术都集中在高校和国家级科研院所等国家项目中，真正市场化的产品还未出现。

技术实现思路

[0008]本技术提出一种为了克服现有技术的上述缺陷，本技术提供一种小型化垂直起降固定翼无人机航磁探测系统。
[0009]本技术涉及航测采集
，特别涉及一种小型化垂直起降固定翼无人机航磁探测系统，其特征在于，包括微型航磁探测系统，所述微型航磁探测系统包括：
[0010]原子光泵磁力仪探头；
[0011]原子光泵磁力仪控制系统，所述原子光泵磁力仪控制系统与原子光泵磁力仪探头控制连接，用于测量发生磁共振吸收现象时的射频线圈频率，通过磁旋比系数计算获得外磁场强度数据；
[0012]三轴磁通门探头，所述三轴磁通门探头对X轴、Y轴、Z轴方向相互正交的时变磁场进行测量；
[0013]GPS天线和GPS接收机，获得GPS坐标数据和PPS信号；GPS接收机位于多数据同步采集器内，GPS接收机通过射频线与GPS天线连接；
[0014]激光高度计，获得的高程数据；
[0015]小型化姿态传感器及气压高度计获得测量磁场数据时飞行器姿态信息，包含滚转角度，俯仰角度，偏航角度；
[0016]多数据同步采集及航磁补偿系统，所述多数据同步采集及航磁补偿系统与原子光泵磁力仪控制系统、三轴磁通门探头、GPS天线、小型化姿态传感器及气压高度计和激光高度计连接，所述多数据同步采集及航磁补偿系统还与连接计算机地面站系统连接。
[0017]作为一种优选的技术方案，还包括数据存储U盘，所述数据存储U盘与多数据同步采集及航磁补偿系统连接，存储飞行测量数据。
[0018]作为一种优选的技术方案，所述多数据同步采集及航磁补偿系统通过无线传输模块和计算机地面站系统连接，将从多数据同步采集及航磁补偿系统收到的数据传输到计算机地面站系统上。
[0019]作为一种优选的技术方案，所述多数据同步采集及航磁补偿系统还包括24位高速ADC采样板、GPS接收机/PPS信号、小型化姿态传感器及气压高度计、微型工控机CPU板、ARM Linux嵌入式操作系统和数传模块，所述数传模块与数据存储U盘连接。
[0020]作为一种优选的技术方案，还包括垂直起降固定翼无人机，所述垂直起降固定翼无人机包括无人机前刺航磁吊舱，在所述无人机前刺航磁吊舱碳纤杆顶部上设有原子光泵磁力仪探头、三轴磁通门探头，无人机前刺航磁吊舱内安装有频率计，激光高度计，多数据同步采集及航磁补偿系统，所述多数据同步采集及航磁补偿系统通过线缆与原子光泵磁力仪探头、三轴磁通门探头和频率计连接，所述多数据同步采集及航磁补偿系统上还设有GPS天线.
[0021]小型化垂直起降固定翼无人机作为整个系统的载体平台，其飞控需要具备自动航磁机动飞行能力。
[0022]无人机前刺航磁吊舱承载整航磁系统，其采用碳纤杆和3D打印材料制成的外壳及
无磁性的塑料螺丝组成，将原子光泵磁力仪探头安装在整个系统最前端的3D打印材料制成的外壳内，三轴磁通门磁力仪探头安装碳纤杆上，航磁采集器、GPS天线、激光高度计、无线数传安装在无人机前刺航磁吊舱后部的机头内，无人机前刺航磁吊舱通过机身铰链和快拆搭扣和小型化垂直起降固定翼无人机连接。
[0023]原子光泵磁力仪包含原子光泵磁力仪探头、原子光泵磁力仪控制系统以及通讯和电源转接模块；所述原子光泵磁力仪控制系统与原子光泵磁力仪探头控制连接，原子光泵探头利用塞曼效应测量发生磁共振吸收现象时的射频线圈频率，通过磁旋比系数计算获得外磁场强度数据；
[0024]三轴磁通门磁力仪，所述三轴磁通门磁力仪对X轴、Y轴、Z轴方向相互正交的时变磁场进行测量，输出和磁场成正比的电压值，航磁采集及补偿系统通过24位ADC测量该电压获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型化垂直起降固定翼无人机航磁探测系统，其特征在于，包括微型航磁探测系统，所述微型航磁探测系统包括：原子光泵磁力仪探头；原子光泵磁力仪控制系统，所述原子光泵磁力仪控制系统与原子光泵磁力仪探头控制连接，用于测量发生磁共振吸收现象时的射频线圈频率，通过磁旋比系数计算获得外磁场强度数据；三轴磁通门探头，所述三轴磁通门探头对X轴、Y轴、Z轴方向相互正交的时变磁场进行测量；GPS天线和GPS接收机，获得GPS坐标数据和PPS信号；GPS接收机位于多数据同步采集器内，GPS接收机通过射频线与GPS天线连接；激光高度计，获得的高程数据；小型化姿态传感器及气压高度计获得测量磁场数据时飞行器姿态信息，包含滚转角度，俯仰角度，偏航角度；多数据同步采集及航磁补偿系统，所述多数据同步采集及航磁补偿系统与原子光泵磁力仪控制系统、三轴磁通门探头、GPS天线、小型化姿态传感器及气压高度计和激光高度计连接，所述多数据同步采集及航磁补偿系统还与连接计算机地面站系统连接。2.根据权利要求1所述的一种小型化垂直起降固定翼无人机航磁探测系统，其特征在于：还包括数据存储U盘，所述数据存储U盘与多数据同步采集及航磁补偿系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：卿昊，张文杰，谭春林，
申请(专利权)人：加泰科深圳科技有限公司，
类型：新型
国别省市：