固定翼无人机航磁探测系统的磁补偿模型分析

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1、航空学报Nov_252lsosl：V⋯01．．3．7689N30·1三N；14．3159-23944。3ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaUUU1V155N‘OO了jL’INl‘I了‘了=—=——=——======；—========———==========—========一http：Hhkxb．buaaedu．cnhkxb@buaa．edu．CR固定翼无人机航磁探测系统的磁补偿模型分析王婕，郭子祺*，刘建英中国科学院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室，北京100101

2、摘要：近年来，无人机的应用日益广泛，逐渐用于航空物探。在使用固定翼无人机搭载磁力仪进行航磁测量时，必然引入飞行平台干扰，包括与机动无关的干扰和与机动有关的干扰。去除和飞机机动有关的磁干扰，即为磁补偿工作。航磁补偿的经典TOLLES—LAWSON模型将磁干扰分为剩余磁场、感应磁场和涡流磁场。对于固定翼无人机，涡流磁场可以不考虑，将剩余磁场和感应磁场合称为稳态干扰场。主要对飞机干扰的来源和性质进行分析，并在地面设计实验验证铁磁性材料的性质，以加深对磁补偿模型的假设和推导过程的理解。最后，在地面实验平台上测量了飞机磁干扰场

3、的平面分布图，指导航空磁力仪的安装。在将TOLLE孓LAwSON模型应用于固定翼无人机航磁探测系统的磁补偿工作时，无人机与有人机相比，在结构和材料方面都有较大差异，因此对模型的物理意义和假设条件的深入理解至关重要，此即本文所述工作成果的出发点。关键词：磁补偿；固定翼无人机；航磁探测系统；飞机磁干扰；剩余磁场；感应磁场中图分类号：V248．1；P631．2+22文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)11—3435—09航磁探测起源于20世纪40年代，在二战期间用于探测潜艇[1]。二战结束后，逐渐用于物探

4、[2]、地磁导航口]。近年来，无人机由于经济安全和机动灵活，在很多领域得到应用。固定翼无人机飞行稳定，续航时间相对较长，本文所述的航磁探测系统即采用固定翼无人机，服务于物探成图，用于提取地质构造信息和相关固体矿产勘探。磁力仪一般都是采用硬连接的方式[4。5]，这就使得磁力仪不可能距离飞机足够远，因此，在磁力仪中必然会引入飞行平台的磁干扰。要去除飞行平台磁干扰，首先要对飞机的干扰进行分析，根据干扰源的不同性质建模。磁补偿是去除飞机干扰中和飞机机动有关的部分。最早的磁补偿工作是1944年由美国海军部门的Tolles和La

5、wson发表的[6。7]，是针对探测潜艇引起的磁晃常。随着磁力仪精度的提高，信号处理技术的日新月异，磁补偿的重要性也就日益凸显，而后续的工作也仍然是在TOLLES-LAwSON模型上进行改进的[8’11I。因此，对于不同情况的磁补偿工作而言，对该模型的理解都至关重要。之前的航磁测量都是使用有人机，市场上针对有人机已有成熟的磁补偿器，如加拿大RMS公司最新的带数据采集的实时补偿器DAARC500。但在材料和结构方面，无人机和有人机都有一定区别，因此需要对固定翼无人机磁干扰的性质进行深入分析，本文将对模型的推导过程进行详

6、细介绍，明确模型的前提条件，并通过一些实验验证，使得在加深理解的基础上更好地收稿日期：2015—11-10；退修日期：2015—12-08；录用日期：2016—03—01；网络出版时间：2016—03—1115：03网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detaii／111929．V201603111503．002htmI基金项目：国家深部探测技术与实验研究专项SinoProbe．09．03(201011080)；国家重大科研装备研制项目“深部资源探测核心装备研发”(ZDYZ2012—1—0203)*通讯

7、作者Tel．：010-64889206E—mail：guozq@radiac，ci3引用格式：王婕．郭子祺．朗建英．固定翼无人机虢磁探溯系统的磁补偿模型分析!Jj．航空学报．2016．37(11)：3435．3443．WANGJ．GUOZQ，LluJY．Analysisonmagneticcompensationmodeloffixed-wingUAVaeromagneticdetectionsystem[∞．ActaAero—nauticaetAstronauticaSinica．2016。37(¨)：3435—3

8、443．航空学报Nov．252016VoI．37No．11应用。也希望这部分内容对地磁导航工作中的磁补偿工作有参考价值[1214]。1磁干扰概述本文将磁干扰根据不同的性质分为：与机动无关的干扰和与机动相关的干扰。这一划分的根据是，当飞机的状态发生变化时，如姿态或者加速度的变化，干扰的量值是否发生变化。与机动无关的干扰包括系统静态噪声、探头本身的