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设计方案和解决方案

背景分析:

军事航空磁探,是地球物理勘察技术与航空技术相关联的一门高新技术,载人航空磁探事故时有发生,严重时会导致机毁人亡的惨案。2018年10月,浙江金华市一架用于磁探的直升机坠落,当时该直升机正在实行航空物探项目,事故造成机上2名飞行员牺牲。随着技术的不断改进,无人机磁探应运而生。2016年11月,中国地质调查局化探所牵头开发的“基于无人机的航空物探(电/磁/放)综合站测量技术研发与应用示范”项目通过验收,这标志着我国实用化的无人机航空物探(磁/放)综合测量系统研制成功,成果填补了国内该领域的技术空白,未来无人化、幼型化、智能化是军事航空磁探的大趋势。无人机磁探,具有集成度高、体积小、重量轻、低功耗、系统精度高、稳定性、可靠性好、随时悬停等特点。作为新兴航空物探技术,无人机磁探尤其是旋翼无人机航磁系统具有地面人员难以达到的区域开展低空航磁测量工作优势,在地质调查和环境监测等领域也具有广阔的应用前景,此外无人机磁探在水下磁性目标探测、地磁匹配导航、反潜探潜等军事应用中具有重要作用。不仅适合海洋、平原、沙漠及低山丘陵地区,同时可在高海拔地区开展航磁测量,进行地质找矿工作,也为地质调查提供了新型勘查技术装备。

 

使命:

利用无人机携带国创磁异常探测系统,探测和采集磁异常信号,从而为航磁探测、铁矿、石油、地质勘探和环境监测、水下磁性目标探测(如潜艇、水下航行器)提供重要信息。


任务:

利用无人机携带的国创微磁基础传感器阵列组成的磁异常探测系统,可以探测并采集海洋中磁异常信号,经过模型和算法,反演出磁异常信息所对应的铁磁性目标如舰船、潜艇、水下航行器、铁矿、等,可以确定铁磁性目标的种类、位置、形状、大小等重要信息,一旦发现疑似敌目标随即发出预警信息,并传输到控制终端,供决策制定打击方案。

 

效能:

保护海上、海岛重要军事、民用目标,并积极防御,对入侵我方海域的敌潜艇、舰船、水下航行器等,进行预警作用。针对不同目标,预警范围会有所不同。

根据公式H∝M/R3,0.1nT微磁基础传感器实验数据和对3000吨潜艇(磁距为2×108CGSM单位)、蛙人仿真理论计算数据如下:

实际测试实验数据 (说明:以下实测数据未经软件算法处理,如经过处理后,实测距离会更远。)

0.1nT的微磁基础传感器实测30吨拖轮距离大于200米;

0.1nT的微磁基础传感器实测5万吨空载货轮距离大于800米;

0.1nT的微磁基础传感器实测1公斤的铁棒距离为18.3米。

 

仿真理论计算数据(说明:由于磁干扰等问题存在,实测距离可能要比下列理论计算距离略小。)

0.1nT的微磁基础传感器对携带1公斤铁棒的蛙人理论探测距离为25米;

1nT的微磁基础传感器对3000吨常规潜艇的理论探测距离为270米;

0.1nT的微磁基础传感器对3000吨常规潜艇的理论探测距离为584米;

1pT的微磁基础传感器对3000吨常规潜艇的理论探测距离为2700米;

10fT的微磁基础传感器对3000吨常规潜艇的理论探测距离为12600米。

 

原理:

磁异常目标含有铁磁性特征(如铁、钴、镍等)材料,我们利用国创微磁基础传感器阵列探测铁磁性目标引起的磁异常信息,根据相应的模型算法,可以判断该铁磁性目标的有无。磁场强度大小与目标距离立方呈反比关系,H∝M/R3


设计解决方案:

无人机磁探系统主要由国创微磁基础传感器阵列为关键核心装备组成,可以探测潜艇、舰船等磁异常数据,利用相关目标识别和定位算法,可以获得相关位置、速度和航向等信息。 


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系统主要组成:

1、无人机磁探测系统由微磁基础传感器阵列、通讯模块、数字信号处理单元等组成;

2、微磁基础传感器阵列安装在无人机吊舱处;

3、相关算法包括:微磁基础传感器阵列标定、安装误差标定、载体干扰抑制、环境噪声抑制、磁异常目标小信号处理等;

4、数据中心:微磁基础传感器阵列数据、磁异常预警定位信号等数据信息汇集;

5、终端控制台:显示无人机磁探测系统工作状态,预警信息。


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