基于旋翼无人机的光泵水平磁梯度测量关键技术研究

发布时间：2020-07-08 09:17

【摘要】：无人机飞行高度低、体积小、动作灵活,更适合小范围高精度的航空磁异常探测,而磁梯度探测相比于传统的地磁总场探测可以更好的抑制外界干扰,凸显磁异常信息。利用无人机进行磁梯度探测可以进行小区域高精度的航磁探测,对于载人飞机的航磁探测是一种补充,可以更好的反映区域磁场特征,对于磁异常探测、未爆物发掘、反潜预警等都有重要意义。本文对无人机航磁梯度测量的研究现状进行了分析,设计了适用于多旋翼无人机的光泵水平磁梯度测量系统,由单片机与FPGA以及光泵、惯导等模块组成的系统完成磁场、姿态与坐标等信息的同步采集、显示与存储。根据光泵水平磁梯度测量系统的精度与一致性要求,对现有频率测量方法进行了改进,采用移相与插值结合的方法在保证系统一致性要求的前提下提高了系统采样精度,单通道磁场测量精度达到0.0014n T。针对航空总场水平梯度测量过程中载体姿态引起的测量误差,使用了磁偶极子异常模型进行仿真分析,姿态变化引起的测量误差在30%,给出了两种不同的的校正方法,通过实验与仿真结合验证,两种方法改善比分别可达到3.28和9.68。通过实验对使用的六旋翼无人机的磁干扰特性进行测试,将磁干扰分为永磁干扰、高频干扰和偏置干扰,并提出相应的滤波处理补偿方法。通过比较补偿处理结果与地磁基站数据,补偿后的测量结果误差为2.27n T。将飞行过程中的梯度测量结果与地面梯度实验进行比较,磁异常定位误差1.33m,可用于磁异常探测。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P318.63
【图文】：

航磁测量,张量,磁力仪,总场

（a）（b）图 1.1 固定翼飞机航磁测量随着磁通门磁力仪和超导磁力仪的发展，航空磁测也从总场与总场梯度发展了三分量以及张量梯度测量。利用磁通门组成的张量磁力仪可以测量磁场全张信息，包含的磁异常信息更多，对于磁异常的反演定位更加准确。图 1.2 张量磁力仪

磁力仪,张量,磁梯度

图 1.2 张量磁力仪学研制的磁梯度全张量系统，使用滑翔翼飞机分量的功率谱密度值可到达到 0.25 nT mHz。器按照一定距离间隔放置，差分方式进行磁场磁力仪是目前可应用的灵敏度最高的磁力仪，由量磁梯度测量也是航空磁测领域的重要发展方航空超导全张量磁梯度仪[22]。

超导磁力仪,航空

图 1.3 航空超导磁力仪以看出，航空超导磁力仪采用的是直升机吊舱形式进行传感器与飞机之间的距离，将飞机产生的磁干扰降到最的难度。机搭载磁力仪进行航磁探测，由于飞机上铁磁物质较多机等干扰较大，则磁力仪不可避免的要受到飞机干扰对准确的测量数据就要针对飞机的干扰磁场进行滤波于飞机产生的磁场变化较大，特征复杂，一直没有好的二次世界大战中，美国海军在侦察飞机上装备磁力仪究时提出了飞机干扰磁场模型，并给出了相应的补偿方.TOLLES 和 Q.B.LAWSON 等人提出的，因此被称为 T TL 模型，提出了一系列飞行动作，根据特定飞行动型的干扰参数。目前为止，航磁干扰补偿模型都是以

【参考文献】