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JDB电子(深圳)科技有限公司

JDB电子光泵及磁通门航磁双赔偿配景及技术简介 2020-8


目前市场上主要商用的磁力仪有 ,质子磁力仪 , Overhauser 磁力仪 ,和超导量子干预磁力仪 。海洋磁力和地面磁力仪对设备重量要求不高 ,且移动速度相对较慢可以使用磁通门 ,质子/overhauser ,光泵磁力仪 。质子磁力仪和 Overhauser 磁力仪由于事情方法 ,梯度容差 ,采样速率等先天限制 ,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 ,商用航空磁测以光泵磁力仪为主 ,磁通门磁力仪作为赔偿或者三分量丈量为辅 。特别是 ,对磁力仪的重量 ,装置位置要求更高 ,集成事情难度远远凌驾古板载人航行器 。

航空磁测最早用于水师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事情 。在物理勘探领域 ,航空磁测具有速度快、精度高、不受地表滋扰等特点 ,在地质制图、大区域地质结构研究、铁矿和其他金属矿矿藏资源的评价、石油天然气成矿远景区的预测、工程地质和情况监测时广泛使用 。以往的航磁丈量都是在牢固翼飞机或直升机上进行设备搭载丈量 ,但航空勘察本钱高昂 ,为获得高质量数据 ,低空航行有巨大危害 ,而航行高度过高 ,反应的地质效果区分率较低、无法开展大比例尺事情 。

其次由于航行器质料多为金属 ,或多或少都有弱磁性 。航行中发动机转子运动爆发的磁场 ,以及飞机内航电系统通电后爆发的感应磁场都会对磁力仪造成滋扰 。为了让航行器能搭载光泵磁力仪并获得有效数据 ,1944 年由美国水师部分的Tolles Lawson(1944) 给出了和飞机机动有关的滋扰场的事情模型 。他们将与飞机机动有关的飞机磁场分为恒定磁场Hp(Permanent field)、感应磁场Hi(Induced field)和涡流磁场 Hc(Eddy-current field) 。恒定磁场是指飞机上的磁性零部件和铁磁性质料剩磁所爆发 。感应磁场主要是由航行器机体上的软磁性质料在地磁场中被磁化而爆发的 ,该磁场的巨细与引起它的外加磁场成正比 ,因此在三轴磁通门传感器坐标系下 ,感应磁场的巨细与偏向将随着无人机的姿态变革而变革 。涡流磁场是金属机体航行中切割地磁场而爆发的 ,其各分量与投影到各坐标轴上的地磁场变革率成正比 。

Leliak 在 1961 年对该模型进行了理论上的论证 ,将光泵航磁赔偿要领表达为理论公式如下:

HT = c1 cos X + c2 cosY + c3 cos Z

+H {c4 os 2 X + c5 cos X cosY + c6 cos X cos Z +c7 cos2 Y + c8 cosY cos Z + c9 cos 2Z} +He {c10 cos X (cos X )? + c11 cos X (cosY )? + c12 cos X (cos Z )? +c13 cosY (cos X )? + c14 cosY (cosY )? + c15 cosY (cos Z )?+c16 cos Z (cos X )? + c17 cos Z (cosY )? + c18 cos Z (cos Z )?} 公式 1

HT 指滋扰磁总场 ,He  指地球磁场 ,(cosX , cosY , cosZ)是与飞行器位置牢固的三轴磁通门的三份量对应其轴向的偏向余弦 ,()’ 指投影到各坐标轴磁场偏向余弦的变革率 。c1- c18 18 个预计参数 。其c1- c3 与恒定磁场滋扰Hp 有关 ,c4- c9 与感应磁场滋扰有关 , c10- c18与涡流磁场滋扰有关 。

1980 Leach 通过进一步研究 ,将模型赔偿系数求解历程看作解线性方程组 ,提高了求解出系数的稳定性 。随着盘算机的生长和高精度航磁探测事情的推进 ,磁赔偿从硬件反响线圈模式生长到了软件实时、航行后赔偿的成熟商用产品 。

载人航行器航磁丈量要领一般使用光泵磁力仪作为总场磁力仪来进行数据收罗事情 。如果是磁力仪与航行器接纳硬连接计划 ,需要使用三轴磁通门磁力仪来纪录航行姿态 。先进行高空四边带机动航行以获得光泵磁力仪总场和三轴磁通门矢量磁场数据生成的偏向余弦参数 ,通过滤波息争线性方程来获得赔偿预计参数 ,再以该系列预计参数对实际事情丈量中的数据进行赔偿盘算 ,以去除航行器对光泵磁力仪爆发的磁滋扰 。


在光泵航磁赔偿系统中 ,三轴磁通门磁力仪的作用仅用来纪录航行姿态也获得偏向余弦参数并不必来盘算地磁总场数据 。由于不考虑三轴磁通门自身的零偏误差、灵敏度误差 ,探头自身的硬铁(hard-iron)和软铁(soft-iron) 效应以及三轴非正交误差 ,同时公式 1 中三轴磁通门数据爆发的偏向余弦与自身三轴矢量磁场盘算出的地磁总场的多元线性回归方程求解会有严重的多重共线性的问题 ,所以使用光泵磁赔偿公式 1 是无法有效的运用在三轴磁通门磁力仪的矢量磁场和地磁总场数据矫正和赔偿算法模型上的 。

    陪同着应用技术的成熟 ,无人机在航空磁测中应用显著增加 ,无人机搭载航磁丈量设备能够快速安排 ,高效、高精度的收罗数据 ,开展大比例尺航磁作业不但能够消除地面地表等滋扰物和起伏地形产生的影响 ,充分节省本钱 ,并且也能够在地质情况和宁静标准禁止有人驾驶飞机磁测系统的情况中 ,可以凭据最佳的地形空间来担负探测任务甚至能比载人航行器航磁系统提供更好质量的探测数据 。

    由于对磁性部件特别敏感的特性 ,航磁系统关于无人机的平台选择有比较特殊的要求 ,无人机的低磁性 ,航行特性和续航时间 ,是实际航磁作业的要害因素之一 。目前市场上 ,无人机种类大致可分为单旋翼 ,多旋翼和牢固翼无人机 。单旋翼无人机结构庞大 ,零部件繁多 , 研发本钱很是高 ,周期很是长 ,维修未便 ,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 ,航行距离和规模也受到了很大的限制 。普通牢固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 ,关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泛起了笔直起降牢固翼无人机形式 ,以通例牢固翼航行器为基础 ,增加多轴动力单位 ,在起降及低速状态下凭据多轴模式航行或盘旋 ,而在平飞状态下 ,凭据牢固翼模式航行 ,通过气动升力克服重力 ,大大提高了航行时间和速度 。但由于需要增加多个磁性器件如马达 ,电调等设备 。笔直起降牢固翼无人机搭载航磁需要一定的结构设计、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笔直起降牢固翼无人机 。

    以往的航磁系统中需要包括GPS ,光泵磁力仪 ,三轴磁通门磁力仪 ,收罗器等装置 ,其体积较大 ,总重量一般在 5kg 以上 。因此关于无人机平台的载重能力要求较高 ,市场上接纳的多是腾贵的千万/万级别大型牢固翼无人机平台 ,或无人直升机平台来搭载 。其次许多商用光泵磁力仪和航磁赔偿设备均依赖进口 ,价格很是腾贵 ,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 。

    再者凭据目前国家相关执规律则 ,空机重量大于 4kg ,起飞重量包括电池大于 7kg 的无人机属于II 类以上的无人机 ,无论是否在视距内航行 ,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 ,视距内航行 ,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无人机光泵磁力仪航磁丈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 ,真正完全市场化和产品化的平台还未泛起 ,JDB电子针对上述情况推出了GTK-M300多旋翼无人机航磁系统和GTK-R007垂起牢固翼无人机航磁系统 ,此两种系统起飞全重均小于7Kg


航磁光泵及磁通门双赔偿技术

JDB电子深圳)科技有限公司 GTK-RB-COMP 无人机航磁赔偿系统集成了高精度铷光泵磁力仪 ,高精度磁通门三分量磁力仪,GPS , 激光高度计 ,9 轴姿态传感器 ,使用业内成熟牢固翼航磁赔偿技术和自有发明专利赔偿技术结合 ,接纳航磁光泵及磁通门双赔偿技术 ,实时或航行后赔偿要领将航行器机动飞行时 ,对两种磁力仪探头爆发的滋扰 ,接纳软件赔偿的要领去除掉 。

 光泵赔偿技术

    使用软件赔偿方法对航空磁测数据进行赔偿 。系统使用矢量磁力仪的三份量作为姿态因子 ,将航行器的永久磁场 ,感应磁场和涡流磁场通过算法从总场中去除 。在离地面尽量远的磁场平缓地带 ,凭据预先四边航行的数据 ,估算出 18 项系数 。在随后的实际事情视察航行中 ,使用 18 存储项系数来对收罗到的数据进行软件处理 。

磁通门赔偿技术

    磁通门磁力仪 12 参数数字赔偿算法 ,获得轴向滋扰 ,比例系数 ,正交度误差和软体效应的 12 个修正参数 ,可对磁通门磁力仪输出的总场进行实时赔偿 。


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