近年来，随着无人机技术的飞速发展和航磁设备的小型化，航磁探测技术与无人机结合逐渐成为可能，彩虹三无人机航磁系统的成功作业证实了无人机航磁技术的可行性。但彩虹三的造价成本和运营成本过高也成为其弊端。因此，轻量化、专业化的无人机航磁平台将会是未来的趋势。 1.2 建设目标  建设专业的无人机航磁探测系统 满足航空物探规范以及未来即将推出的无人机航空物探规范 以实际航磁作业应用为目标 提升整体航磁技术理论和实践水平 良好的保障和维护，*证设备的长期稳定 3 4 2 解决方案 2.1 系统原理简述 地球本身就是一个巨大的磁体，在地球表面会呈现缓慢梯度变化，同时，地球表面不同磁场特性的物质，如岩石、矿体、人造设备等也会导致地磁场的剧烈变化，通过对一个区域的磁异常变化检测和描述，可以有针对性的实现物质探测和目标寻找等目的。 2.2 总体方案设计 传感器 2 设备重量 894g 传感器间距 1m 本系统采用航磁测量系统作为系统核心，对航磁探测所需各项数据进行采集和汇总，同时通过飞行中不断采集所得数据。测量系统包含以下模块：数据收录采集模块，三分量数据测量模块，磁补偿模块，高度计模块，北斗模块。传感器 1 数采内置 GPS，数据传输接口 5 2.2.1 测量模式 测量模式下，分为三个步骤：准备阶段、测量阶段、结果处理阶段。 (一) 准备阶段搭建地磁日变观测站；将航磁系统连接测试，*证系统正常运行； 开启磁力仪，飞机起飞前开始采集； (二) 测量阶段实时观测飞机运行轨迹，*证飞机按测线规划飞行；观测地磁日变情况，当连续出现变化时，应密切注意其变化； (三) 结果处理段结果处理方面主要利用已有数据对野外实测数据进行数据导出与编辑、坏点剔除、测线切割与合并、噪声压制、网格化、异常分离与增强等处理。 2.3 硬件系统设计 MAG-DN20G4 无人航磁测量系统组成部分： 1. 搭载平台：航磁专业版电动四旋翼无人机（含航磁稳定套件，安装套件，北斗高精度定位模块） 2. 航磁部分：MagDrone R3航磁测量系统 （含磁探头两套，数据采集器，内置GPS，预留配件接口） 3. 磁补偿：定制款磁通门补偿系统 4. 高度计：雷达高度计 5. 处理软件：RGIS磁数据处理软件 6. 地面磁基站：高精度Overhauser磁力仪。 2.3.1 航磁部分 航磁测量系统工作参数电源 12 V 工作温度 -20°C to +50°C 工作重量（调查工具包） 894 g 含电池总体功耗 400 mA 浪涌电流 2000 mA 数据记录器功率输入 电池11.1V，1950 mAh 6 传感器输入 内部模拟用户界面 启动/停止按钮；状态LED 调查模式 起飞前开始，着陆后停止采样率 200 Hz 内部存储器 2 GB，适合24 小时不间断记录磁通门参数**环境场 ±75,000 nT 规定的测量范围 ±75,000 nT 分辨率 <0.3 nT 噪声 ﹤20pT/ Hz@1Hz 温度漂移 ﹤0.3nT/K 尺寸 Ø 35×365mm IP IP65 系统组成部分： 1. 两个探头 集成在碳纤维固定套件 2. 数据采集器 集成在碳纤维固定套件 3. 采集器预留额外的接口，支持配件扩展 4. 串行转换器 5. 串行电缆 6. 两11.1V、1950毫安时电池 7. 电池充电器 7 8. 配件包 2.3.2 搭载平台部分多旋翼无人机技术参数 1、总体性能四旋翼无人机，其**特点是航时长，载重大，飞行控制距离远，抗风性能强（六*风），具备雨、雪天工作能力！是一款针对航空磁测研发改进的搭载平台。支持搭载多种任务设备，支持集成多种传感器。预留功能拓展接口， 可应对突发状况临时挂载特种设备。无人机是为搭载航磁系统做过改装，材质为特殊工艺，发动机及旋翼使用特殊材料进行屏蔽，提供航磁安装解决方案，定制的航空磁力仪指定型号安装套件，稳定套件。 2、基本参数构成组成 全碳纤维机体（包含机翼和起落架）伸展轴距 1357mm 作业半径 10km 伸展尺寸 1762mm*1637mm*4 60mm **平飞速度 90km/h 收缩尺寸 612mm*500mm*230mm 实用升限 5000m **起飞重量 20kg 抗风等* 6*空机重量 6.7kg 驱动方式 电驱动**负载重量 8kg 额定功率 4kw 电池重量 5kg 空载续航时间 60min 安装套件尺寸 100mm*150mm*70mm 定位精度标配米*（选配厘米* RTK）全球定位模块定位通道数 401 BDS-2 B1, B2, B3 BDS-3 B1C, B2a(选配) GPS L1, L2C, L2P, L5 8 GLonASS L1, L2 Galileo E1C, E5a, E5b SBAS&QZSS 支持 L-band 支持精度和可靠性伪距精度 GPS: L1=10cm, L2=10cm, L5=5cm BDS-2: B1=10cm, B2=10cm, B3=5cm GLO: G1=10cm, G2=10cm GAL: E1=10cm, E5a=10cm, E5b=10cm 载波精度 GPS: L1=1.0mm, L2=1.0mm BDS-2: B1=1.0mm, B2=1.0mm GLO: G1=1.0mm, G2=1.0mm GAL: E1=1.0mm, E5a=1.0mm, E5b=1.0mm 单点定位精度 单频: H<3.0m, V<5.0m(1σ , PDOP<4.0) 双频: H<1.5m, V<3.0m(1σ , PDOP<4.0) 静态差分精度 H: ±(2.5+1×10-6×D)mm V: ±(5.0+1×10- 6×D)mm RTK精度 H: ±(10+1×10-6×D)mm V: ±(20+1×10- 6×D)mm RTD精度 H: ±0.3m, V: ±0.5m PPP精度 收敛时间: 20min H: ±0.1m, V: ±0.2m 授时精度 20ns 输出延迟 0~40ms 测姿精度 方位角: (0.2/R)° (R为基线长) 横滚/俯仰角: (0.4/R)° (R为基线长) 平台组成（含北斗模块）序号 设备名称 单位 数量 1 四旋翼飞行平台 架 1 2 遥控器 个 1 3 地面站 套 1 4 数传 套 1 5 电池充电器 套 1 6 动力电池 组 2 7 运输包装箱 套 1 8 工具 套 1 9 备件 套 1 10 航磁安装套件 套 1 11 航磁稳定套件 套 1 12 北斗高精度定位模块 套 1 9 2.3.3磁补偿部分 序号 指标 参数 1 磁力仪采集路数 磁场数据采集 2 磁场测量范围 ±75,000nT 3 前端 (FE) 分辨率: 0.286pT 采样率: 2，10，20，50，100，200，500Hz 500Hz采样率下，分辨率为1.5pT 4 补偿性能 改正比(IR)(总场):10–20； 5 滤波器 1.6Hz带宽 7 校准时间 6-8分钟 8 矢量磁力仪 三轴磁通门 9 数据输出和记录 采样率: 2，10，20，50，100，200Hz外部触发串行端口:115.2 kbps，ASCII/Binary 网口：TCP/IP包，ASCII/Binary 记录介质: 内置64GB固态硬盘，可外接移动硬盘，USB闪存显示器（外接VGA） 11 原始数据记录 64GB固态硬盘记录分区 12 显示 可外接显示设备或通过远程连接访问 13 远程控制 任何Windows7及以上版本操作系统的计算机，通过网口连接就可以登录到系统的操作界面（系统支持无线网络连接） 1个USB3.0接口,3个USB2.0接口 2路RS232接口 2路千兆以太网接口 VGA接口 15 补偿模式 实时补偿，后补偿 16 电源 DC12V±6VDC 17 环境要求 工作温度:0到+50℃ 存储温度:–20到+70℃ 相对湿度:0到99%，高度:0–6000米 18 产品规格 重量：0.4KG 10 2.3.4高度计技术指标参数 值 单位传感器性能*小高度 0.5 米**高度 500 米支承俯仰角 -20 - +203 度**垂直速度 50 米/秒**前进速度 75 米/秒测高精度 3% 或 0.5m 更新速度 <= 17 毫秒启动时间 < 1 (低精度测高可用) < 5 秒使用环境气温 -40 - +85 摄氏度震动 100 加速度均方根振动 14 加速度均方根 IP 防护等* 67（标准型，防进尘及短时进水） 40（轻型，天线部分 67）压力/运输高度 0 - 10.000 米机械性能质量 350（标准型号） (包含 0.5 米电缆及连接器) 160（使用客户雷达罩) 克 235（包含雷达罩）尺寸 110 x 99 x 28.4 (标准型，不含连接器) 110 x 99 x 26（轻型，不含连接器） 毫米总体情况电源 7 - 32 伏 直流 3.7 瓦频带 24.0 - 24.25 千兆赫带宽 < 200 兆赫**发射功率 17 分贝毫瓦接口 CAN V2.0b (被动), RS485 连接器型号 8 针插头 712 系列，0.5 米长电缆 CAN 总线, RS485 接口 0Ax70x-22070x（标准型） 11 2.3.5软件部分 RGIS重磁数据处理软件系统 RGIS是基于MapInfo 二次开发技术和普通微机 Windows平台,利用 Visual Basic语和混合语言编程技术开发的具有重力、磁法等空间数据可视化管理,数据预处理,数据处理与反演,电法数据正反演,基于GIS的图表、图形、图像处理及规范制图的一套多功能应用软件系统。该系统基本涵盖了当前重、磁、电数据处理与反演解释通常所使用的方法及成果表达功能,可以满足基层物探工作与普通科研工作对异常进行数据处理与反演解释的需求。系统的主要功能,基于GIS功能管理空间图形数据和重磁等地学空间数据,具备常用重磁数据预处理与坐标转换的功能,克里金、距离反比、*小曲率、自然邻近点等网格化插值计算和高斯六度带、地理坐 标系、等角割圆锥、UTM、墨卡托投影互换,,具备常用重磁数据处理和异常反演方法的功能,涵盖空间域数据处理、频率域数据处理方法和二维、三维反演方法程序,各种滤波、上下延拓、各阶及任意方向导数、异常分离、三维界面反演、磁源深度计算、2.5D可视化剖面联合反演、相关分析、趋势分析、回归分析、曲化平等 2.3.6地磁基站 技术指标 ● 灵敏度：<0.022nT/√Hz ● 分辨率：0.01nT ● **精度： ±0.1nT ● 动态范围：20,000到120,000nT ● 梯度容限：>10000nT/m ● 采样率：3-3600秒 ● 温飘：0.0025nT/℃（环境温度为0到40℃）；0.0018nT/°C（环境温度为0到+55°C） ● 工作温度：-40℃--+55℃ ● 存储32M字节： 对流动观测有1,465,623 个读数 对基站有5,373,951个读数 ● 尺寸及重量：主机223×69×240mm，重2.1Kg 探头175mm(长)×75mm（直径），重1.0Kg ● 工作模式： 流动站：根据配置选项可实现单点采样或连续采样（配置步行模式时）基站：每3－3600秒自动存储一次观测值、时间、日期和信号质量 ● 输入与输出： RS232接口数字输出或应用6针防水插头（选项）作模拟输出标准配置 GSM－19主机，GEMlinkw软件，内部可充电电池，充电器，探头和电缆以及探头支杆，RS232电缆，运输箱，中文操作手册。 12 2.4旋翼无人机改装方案 改装和安装方案，测量飞机机身磁场分布情况以及转向差，结合飞机结构和重心设计，选择探头安装位置及探杆长度。此过程需要进行一次严谨的试验，并且根据试验数据实施论证。为了使得飞机的气动外形尽可能不受影响，同时*证高精度的航磁测量，传感器的连接线从探杆内穿过至采集器。在探杆中心处固定一个采集器，尺寸小重量轻，对飞行的气动影响小，因此直接固定在探杆上即可。传感器的数据线同样从探杆内部进入机身内部任务载荷舱中。辅助配件部分额外使用安装套件固定。常用的改装方案示意如下图： 13 2.5实际测试案例案例1：江西某矿江西某地地形条件复杂，落差大，本次野外工作使用 DN20-G4无人机 、 MagDrone R3航空磁力仪进行仿地飞行，全区比例尺选择1:1万，测线间距0.1 km，控制线间距为 1km，构成测网0.1×1 km，精度达到2.5nt。东区飞行高度150米；西区飞行高度150米，两个工区共分为18个小工区，共设9处起飞点，飞行有效架次 43次，共计完成10km2。遵循主测线方向应垂直或基本垂直于测区内主要地质构造走向这一原则，本测区确定测线方向东西向，控制线方向南北向。从全区实际测量结果看，磁场信息丰富，磁异常细节反映完整清晰，磁场空间分布规律性强，表明测网布置合理，取得了预期测量效果。测区高低磁异常分界明显，具体表现为：南北向的磁异常分界线将整个西测区分为了左右（东西）两个分区，左侧整体表现低磁异常（**值20nT），右侧整体表现高磁异常（**值120nT），符合该地区地质情况。对比下图，西部工区的地质资料和本次航磁异常化极后资料：岩性分界线与航磁分界线对应吻合程度很高。地质资料显示左侧为花岗岩体，右侧为侏罗系各时期的喷出岩。磁性表现工区西侧花岗岩为低磁，右侧侏罗纪喷出岩为相对高磁异常体。花岗岩与侏罗系多时期岩层接触，其形成时期晚于侏罗系岩层形成，为燕山阶段火山运动形成。 14 西区地质图（红色边框为工区范围）与航磁化极异常对比 案例2：安徽某矿安徽某地地形条件较为平缓，本次野外工作使用 DN20-G4无人机 、MagDrone R3航空磁力仪进行仿地飞行，全区比例尺选择1:2万，测线间距0.2 km，控制线间距为 1km，构成测网0.2×1 km，精度达到2.5nt。仿地飞行高度100米，共设12个起降点，完成总工作量 118 有效测线公里，共计完成22.6km2。遵循主测线方向应垂直或基本垂直于测区内主要地质构造走向这一原则，本测区确定测线方向145°或325°，控制线方向：55°或235°。从全区实际测量结果看，磁场信息丰富，磁异常细节反映完整清晰，磁场空间分布规律性强，表明测网布置合理，取得了预期测量效果。对比先前有人机1:50万航磁数据，本次无人机航磁数据整体形态完全 15 吻合，验证了无人机航磁数据的可靠性。此外，本次无人机航磁并细化描述了浅部异常，为本区地质找矿、地质构造研究提供可靠物探资料。 1:50万航磁DT等值线图 16 1:2万磁异常图其余案例：广西某镍钴多金属矿航磁作业即将接近尾声，取得的初步成果得到了业务的好评。小鹰 1060 是由中科地联公司研发生产的高精度小型化航磁实时探测系统，该系统采用垂直起降固定翼无人机作为载荷平台，飞机应用灵活，起降条件要求低，飞行效率高，航时 4.5 小时，单架次可完成 350 公里测线任务，并支持全程无人化飞行。同时具备航磁数据的飞行采集、实时补偿、数据后处理等功能。经测试，补偿后标准差可达到 0.06nT 以下，完全满足航空物探标准。 1. 试验效果系统本身提供了多种补偿策略，在传统 16 项系数补偿效果基础上加入 GPS 和高度补偿，实现显示加入 GPS 和高度补偿的数据提升效果显著。标准差 改善比补偿前 0.4518 ------------ 小鹰传统补偿 0.0825 5.48 小鹰 GPS 补偿 0.0259 17.5 小鹰 1060 补偿系统与 AARC510 航磁系统基于同一探头同时分路采集补偿进行了多次平行对比试验。试验结果显示传统 16 项系数补偿效果与 510 补后效果极为接近，加入 GPS 和高度补偿后，效果已远超 AARC510：