本发明专利技术公开了无人机航空频域电磁弱信号接收装置及方法，涉及信号处理及自动控制技术，包括激发装置、基准线圈和接收线圈；所述激发装置、所述基准线圈和所述接收线圈均水平设置；所述基准线圈和所述接收线圈的材质、匝数和面积均相同，且所述基准线圈和所述接收线圈的绕制方向相反。本发明专利技术无人机航空频域电磁弱信号接收装置及方法，可以通过无人机的地面电磁数据采集，平台稳定，并且误差交底，也不会影响无人机飞行，同时适应性很强，对于不同频率的一次场信号都可以获得良好的精度。的一次场信号都可以获得良好的精度。的一次场信号都可以获得良好的精度。
【技术实现步骤摘要】
无人机航空频域电磁弱信号接收装置及方法
[0001]本专利技术涉及信号处理及自动控制技术，具体涉及无人机航空频域电磁弱信号接收装置及方法。
技术介绍
[0002]在我们生活的空间中，广泛存在着不停变化的电磁场，传统的地面电磁是通过在地表采用人工激发场源，请参阅图4，采用传统的单线圈接收装置进行电磁信号接收，地面电磁人工激发场源信号强，受干扰影响较小，对接收装置要求较低。随着工程建设的技术和效率等需求提升，电磁法物探勘察逐渐从地面往无人机航空电磁过渡，但无人机航空电磁系统在空中进行数据采集，面临信号较弱的技术难题，传统的地面单线圈接收装置无法满足其精度要求。因此研制一款新的无人机航空频域挂载的专用弱信号接收装置系统，对促进航空物探的发展具有重要意义。
技术实现思路
[0003]本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中的地面地磁检测方式已经不适用于无人机进行地面电磁数据采集，目的在于提供无人机航空频域电磁弱信号接收装置及方法，解决上述问题。
[0004]本专利技术通过下述技术方案实现：无人机航空频域电磁弱信号接收装置，包括悬挂于无人机上的承载平台；所述承载平台上设置有位于同一水平面上且中心点沿直线方向依次设置的激发装置、基准线圈和接收线圈；所述激发装置、所述基准线圈和所述接收线圈均水平设置；所述基准线圈和所述接收线圈的材质、匝数和面积均相同，且所述基准线圈和所述接收线圈的绕制方向相反；还包括：消除网络模块，被配置为接收并叠加第一信号和第二信号生成第三信号；所述第一信号为当所述激发装置激发一次场信号时，所述基准线圈接收到的信号；所述第二信号为当所述激发装置激发一次场信号时，所述接收线圈接收到的信号；第一前处理模块，被配置为接收所述第一信号，并对所述第一信号进行前处理后生成第一前处理信号；第二前处理模块，被配置为接收所述第三信号，并对所述第三信号进行前处理后生成第二前处理信号；后处理模块，被配置为接收所述第一前处理信号和所述第二前处理信号，并根据所述第一前处理信号和所述第二前处理信号计算互耦比，并根据所述互耦比、所述无人机的飞行高度、第一距离和所述激发装置激发的一次场信号的频率计算视导电率；所述第一距离为所述激发装置和所述接收线圈的距离。
[0005]现有技术中公开了多种采用磁场补偿技术进行接受线圈的一次场消除技术，但是在实践中专利技术人发现如果需要运用磁场补偿技术，需要发射线圈、补偿线圈和接收线圈三
者共轴线，而如果上述三者共轴线时，往往需要一定的竖向空间来保证一次场信号消除的准确性，其如果运用到无人机上时，竖向的探测装置会带来极大的迎风面积和风阻，影响无人机飞行安全，在空中横风的影响下也会出现探测装置摆动，影响检测精度。而对于现有技术中存在的发射线圈、补偿线圈和接收线圈三者共轴线并且同心同平面设置的情况，由于对于不同频率的磁场需要设计对应的线圈参数才能保证一次场穿过补偿线圈和接收线圈组合的磁通量为0，如匝数、材质、尺寸等，所以同一个结构往往只能对应一种或者一小段频率内的一次场信号的消除，不利于进行多频段地面电磁数据采集，而不同频率的测深是不同的，只能使用一个频段的信号大大局限了探测技术的应用。
[0006]本实施例实施时，请参阅图1~图3，图1示出了无人机、承载平台、激发装置、基准线圈和接收线圈之间的位置关系；图2示出了激发装置、基准线圈和接收线圈之间的位置和排布关系；图3示出了信号处理电路的基本架构。根据硬件系统设计要求，接收线圈部分需要分别实现对一次场信号和二次场信号的接收，并在按不同比例放大后，实现对PPM数值的计算。根据电磁感应探测的相关原理可知，二次场信号是无法直接获取，它往往是夹杂在一次场信号中的，因此接收线圈部分设计的关键在于单独二次场信号的提取。在本实施例中，激发装置、基准线圈和接收线圈采用了一种纯水平布置的方式，其中激发装置优选为发射一次场信号的发射线圈，通过本实施例的这种布置方式，当激发装置发射一次场信号时，基准线圈和接收线圈会同时接收到一次场信号，由于基准线圈和所述接收线圈的材质、匝数和面积均相同绕制方向相反，而基准线圈和接收线圈距离激发装置距离不会太远，一般在五米以内，所以基准线圈和接收线圈会接收到基本相同的一次场信号，并感应产生波形相同并且方向相反的感应电流；由于无人机在空中进行飞行，由地面或地底反射回的二次场信号可以通过确定的基准线圈和接收线圈的距离或调节无人机的位置使得基准线圈中二次场信号非常微弱而接收线圈可以接收到二次场信号，此时将基准线圈和接收线圈分别接收到的信号进行叠加后，一次场信号会发生消除，从而只输出二次场信号。
[0007]示例的，在本实施例中所称的绕制方向相反是基准线圈和接收线圈中一组线圈顺时针方向绕制，另一组线圈反时针方向绕制。示例的，接收线圈会接收到包括二次场和一次场的总场信号，而基准线圈近似于只接收到一次场信号，而由于接收线圈与基准线圈所采用的同样材质、匝数和面积的绕制方式，当在后级将接收线圈和基准线圈的信号进行叠加后，会出现类似相减的效果，即将接收线圈和基准线圈中所感应到的一次场信号剔除，从而仅保留有二次场信号，从而通过上述线圈绕制方式实现对一次场的消除。
[0008]在本实施例中，根据所述第一前处理信号和所述第二前处理信号计算互耦比是通过比值再乘以106的方式进行互耦比的计算，计算出的单位为ppm，而根据所述互耦比、所述无人机的飞行高度、第一距离和所述激发装置激发的一次场信号的频率计算视导电率可以根据下式进行：根据下式进行：式中，Q为所述互耦比，J0为0阶贝塞尔函数，r为所述第一距离，h为无人机的飞行
高度，f为激发装置激发的一次场信号的频率，σ为视导电率，λ为积分参数，μ为磁化率。应当理解的是，视导电率作为本实施例最终生成的数据，可以直接表征探测探测结果。本实施例通过设置上述设备，使得本装置可以通过无人机的地面电磁数据采集，平台稳定，并且误差交底，也不会影响无人机飞行，同时适应性很强，对于不同频率的一次场信号都可以获得良好的精度。
[0009]进一步的，所述激发装置、所述基准线圈和所述接收线圈被设置于同一个平直槽道内，且所述激发装置、所述基准线圈和所述接收线圈中的至少两个可以在所述平直槽道内运动；所述装置还包括：参数获取模块，被配置为获取所述无人机的飞行高度，并获取所述激发装置激发的一次场信号的频率作为激发频率；调节模块，被配置为根据所述飞行高度、所述激发频率和所述互耦比调节第一距离和第二距离至所述视导电率的计算精度达到预设值；所述第二距离为所述基准线圈和所述接收线圈之间的距离。
[0010]进一步的，所述调节模块配置有精度调节模型；所述精度调节模型的输入数据为同一时刻下的飞行高度、激发频率和互耦比；所述精度调节模型的输出数据为所述激发装置、所述基准线圈和所述接收线圈之间的距离数据；当所述调节模块调节第一距离和第二距离时，将所述飞行高度、所述激发频率和所述互耦比输入所述精度调节模型，并根据所述精度调节模型输出的所述距离数据调整所述第一距离和第二距离。
[0011]进一步的，所述精度调节模型根据带有精度约束的样本数据训练本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.无人机航空频域电磁弱信号接收装置，其特征在于，包括悬挂于无人机（1）上的承载平台（2）；所述承载平台（2）上设置有位于同一水平面上且中心点沿直线方向依次设置的激发装置（3）、基准线圈（4）和接收线圈（5）；所述激发装置（3）、所述基准线圈（4）和所述接收线圈（5）均水平设置；所述基准线圈（4）和所述接收线圈（5）的材质、匝数和面积均相同，且所述基准线圈（4）和所述接收线圈（5）的绕制方向相反；还包括：消除网络模块，被配置为接收并叠加第一信号和第二信号生成第三信号；所述第一信号为当所述激发装置（3）激发一次场信号时，所述基准线圈（4）接收到的信号；所述第二信号为当所述激发装置（3）激发一次场信号时，所述接收线圈（5）接收到的信号；第一前处理模块，被配置为接收所述第一信号，并对所述第一信号进行前处理后生成第一前处理信号；第二前处理模块，被配置为接收所述第三信号，并对所述第三信号进行前处理后生成第二前处理信号；后处理模块，被配置为接收所述第一前处理信号和所述第二前处理信号，并根据所述第一前处理信号和所述第二前处理信号计算互耦比，并根据所述互耦比、所述无人机（1）的飞行高度、第一距离和所述激发装置（3）激发的一次场信号的频率计算视导电率；所述第一距离为所述激发装置（3）和所述接收线圈（5）的距离。2.根据权利要求1所述的无人机航空频域电磁弱信号接收装置，其特征在于，所述激发装置（3）、所述基准线圈（4）和所述接收线圈（5）被设置于同一个平直槽道内，且所述激发装置（3）、所述基准线圈（4）和所述接收线圈（5）中的至少两个可以在所述平直槽道内运动；所述装置还包括：参数获取模块，被配置为获取所述无人机（1）的飞行高度，并获取所述激发装置（3）激发的一次场信号的频率作为激发频率；调节模块，被配置为根据所述飞行高度、所述激发频率和所述互耦比调节第一距离和第二距离至所述视导电率的计算精度达到预设值；所述第二距离为所述基准线圈（4）和所述接收线圈（5）之间的距离。3.根据权利要求2所述的无人机航空频域电磁弱信号接收装置，其特征在于，所述调节模块配置有精度调节模型；所述精度调节模型的输入数据为同一时刻下的飞行高度、激发频率和互耦比；所述精度调节模型的输出数据为所述激发装置（3）、所述基准线圈（4）和所述接收线圈（5）之间的距离数据；当所述调节模块调节第一距离和第二距离时，将所述飞行高度、所述激发频率和所述互耦比输入所述精度调节模型，并根据所述精度调节模型输出的所述距离数据调整所述第一距离和第二距离。4.根据权利要求3所述的无人机航空频域电磁弱信号接收装置，其特征在于，所述精度调节模型根据带有精度约束的样本数...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗威，许洋，蓝星，
申请(专利权)人：四川省冶勘设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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