一种轻型垂起固定翼无人机航磁总场及水平梯度测量系统的制作方法

1.本实用新型涉及航测采集技术领域，具体为一种轻型垂起固定翼无人机航磁总场及水平梯度测量系统。


背景技术：

2.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，不仅可以获取观测点的地球磁总场强度，还可以获得两个探头之间地磁场的差值，即实现航空水平磁力梯度测量，提高磁异常分辨率和解释效果。
3.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。
4.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。目前市场上和技术领域出现了垂起固定翼无人机形式，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。垂起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起固定翼无人机。
5.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。
6.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。
7.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。


技术实现要素：

8.本实用新型提供了一种轻型垂起固定翼无人机航磁总场及水平梯度测量系统，解决了以上所述的技术问题。
9.本实用新型解决上述技术问题的方案如下：一种轻型垂起固定翼无人机航磁总场及水平梯度测量系统，包括轻型垂起固定翼无人机和机头任务仓，所述轻型垂起固定翼无人机的一侧设有机头任务仓，所述轻型垂起固定翼无人机的内部设有无人机电源，所述机头任务仓的内部设有轻型无人机航磁采集控制器，所述轻型无人机航磁采集控制器的上方在机头任务仓的顶部固定安装有数传天线，所述机头任务仓的顶部位于数传天线的一侧固定安装有gps天线，所述轻型垂起固定翼无人机的两侧对称固定连接有三轴磁通门磁力仪，所述三轴磁通门磁力仪的一侧固定连接有碳纤杆，所述碳纤杆的一端固定安装有原子光泵磁力仪。
10.本实用新型的有益效果是：可以获取观测点的地球磁总场强度，还可以获得两个探头之间地磁场的差值，即实现航空水平磁力梯度测量，提高磁异常分辨率和解释效果。
11.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
12.进一步，所述机头任务仓的内部设有激光高度计。
13.采用上述进一步方案的有益效果是：激光高度计可获得测量磁场数据的高程数据。
14.进一步，还包括数据存储u盘，所述原子光泵磁力仪、三轴磁通门磁力仪和数据存储u盘均与轻型无人机航磁采集控制器电性连接。
15.进一步，所述碳纤杆的壁厚为1mm。
16.进一步，所述轻型无人机航磁采集控制器和计算机地面站系统连接。
17.进一步，所述机头任务仓与碳纤杆均为3d打印材料制成。
18.采用上述进一步方案的有益效果是：采用微型化，轻量化设计，减小机身重量。
19.本实用新型所能达到的效果是：
20.采用微型化，轻量化设计，无人机平台磁干扰小，所有设备起飞总重量小于7kg，以电池为动力，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，在5
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6级风速下作业能力，航磁补偿机动自动执行能力。航磁补偿系统具有实时补偿功能和飞行后补偿功能。本航磁系统不仅可以获取观测点的地球磁总场强度，还可以获得两个探头之间地磁场的差值，即实现航空水平磁力梯度测量，提高磁异常分辨率和解释效果。
21.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
23.图1为本实用新型一实施例提供的一种轻型垂起固定翼无人机航磁总场及水平梯度测量系统的立体结构示意图；
24.图2为本实用新型一实施例提供的一种轻型垂起固定翼无人机航磁总场及水平梯度测量系统的俯瞰结构示意图。
25.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
26.1、原子光泵磁力仪；2、三轴磁通门磁力仪；3、碳纤杆；4、机头任务仓；5、gps天线；6、数传天线；7、轻型无人机航磁采集控制器；8、无人机电源；9、轻型垂起固定翼无人机。
具体实施方式
27.以下结合附图1
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2对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
28.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
29.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
30.实施例1
31.如图1
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2所示，本实用新型一种轻型垂起固定翼无人机航磁总场及水平梯度测量系统，包括轻型垂起固定翼无人机9和机头任务仓4，轻型垂起固定翼无人机9的一侧设有机头任务仓4，轻型垂起固定翼无人机9的内部设有无人机电源8，机头任务仓4的内部设有轻型无人机航磁采集控制器7，轻型无人机航磁采集控制器7的上方在机头任务仓4的顶部固定安装有数传天线6，机头任务仓4的顶部位于数传天线6的一侧固定安装有gps天线5，轻型垂起固定翼无人机9的两侧对称固定连接有三轴磁通门磁力仪2，三轴磁通门磁力仪2的一侧固定连接有碳纤杆3，碳纤杆3的一端固定安装有原子光泵磁力仪1，可以获取观测点的地球磁总场强度，还可以获得两个探头之间地磁场的差值，即实现航空水平磁力梯度测量，提高磁异常分辨率和解释效果。
32.机头任务仓4的内部设有激光高度计，激光高度计可获得测量磁场数据的高程数据；还包括数据存储u盘，原子光泵磁力仪1、三轴磁通门磁力仪2和数据存储u盘均与轻型无
人机航磁采集控制器7电性连接；碳纤杆3的壁厚为1mm；轻型无人机航磁采集控制器7和计算机地面站系统连接；机头任务仓4与碳纤杆3均为3d打印材料制成，采用微型化，轻量化设计，减小机身重量。
33.工作原理：首先，通过原子光泵磁力仪1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，然后三轴磁通门磁力仪2可对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，从而轻型无人机航磁采集控制器7通过24位adc测量该电压获得三轴向上磁场强度，gps天线5可获得测量磁场数据的坐标信息，激光高度计，获得测量磁场数据的高程数据，然后轻型无人机航磁采集控制器7可采集各传感器数据并通过数传天线6与计算机地面站之间数据传输。
34.以上，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本实用新型；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时,凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。