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一、無人機(jī)低空航磁測(cè)量產(chǎn)業(yè)概述 

（一）無人機(jī)低空航磁測(cè)量技術(shù)概述 

航空磁力測(cè)量，又稱航空磁測(cè)，是航空物探領(lǐng)域中使用最早、應(yīng)用最廣的一種磁測(cè)方法。該磁測(cè)方式最早可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)期間，是由于水下反潛需要而發(fā)展起來的一種技術(shù)，戰(zhàn)后被應(yīng)用于石油、天然氣以及其它礦產(chǎn)勘探；航空磁測(cè)將磁傳感器及其配套的輔助設(shè)備裝載在飛行器上，通過探測(cè)由地下礦體磁性差異引起的磁異常，實(shí)現(xiàn)對(duì)石油、天然氣等礦產(chǎn)資源的快速普查，在資源勘探和地球科學(xué)研究工作中發(fā)揮著重要作用，在軍事國防領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。

無人機(jī)(UAV)是一種有動(dòng)力、可遙控和回收的飛行器，它能攜帶多種儀器設(shè)備和執(zhí)行多種任務(wù)。無人機(jī)航空物探測(cè)量系統(tǒng)具有小型化、智能化、重量輕、尺寸小、費(fèi)用低、續(xù)航能力強(qiáng)等特點(diǎn)，便于運(yùn)輸和使用，而且其機(jī)動(dòng)性高，能在復(fù)雜地形區(qū)進(jìn)行測(cè)量，并可以保持較低的飛行高度，目前已受到世界航空地球物理公司的廣泛關(guān)注。

（二）無人機(jī)低空航磁測(cè)量產(chǎn)業(yè)特征分析  

時(shí)至今日，航空磁測(cè)已有70余年的發(fā)展歷程。最初時(shí)期，航空磁測(cè)主要使用感應(yīng)式磁力儀或磁通門磁力儀測(cè)量地磁總場(chǎng)強(qiáng)度(TotalMagneticIntensity，TMI)。后來為了消除區(qū)域磁場(chǎng)和隨時(shí)間變化磁場(chǎng)的影響，提高磁測(cè)精度，研究發(fā)展了磁梯度測(cè)量，即利用光泵磁力儀測(cè)量地磁場(chǎng)模量的水平和垂直梯度。20世紀(jì)90年代中期以后，歐美等西方航空物探強(qiáng)國開始將注意力聚焦于航磁矢量測(cè)量。此后，航磁矢量測(cè)量相關(guān)理論技術(shù)得到了快速發(fā)展。縱觀整個(gè)航空磁測(cè)發(fā)展史，其發(fā)展歷程可分為三個(gè)階段，如下表1.1.2-1所示：    

表1.1.2-1

航空磁測(cè)的發(fā)展經(jīng)歷了由傳統(tǒng)的單一TMI測(cè)量到后來的TMI梯度測(cè)量，再演化為現(xiàn)在的磁矢量測(cè)量的過程。航空測(cè)磁的總體發(fā)展趨勢(shì)由單一標(biāo)量磁測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)向多信息的矢量場(chǎng)或多參量測(cè)量，而三分量磁測(cè)即為當(dāng)前航空磁測(cè)發(fā)展的主要方向之一。

而磁力儀作為航空磁測(cè)的心臟，其重要作用不言而喻，目前主要使用的航空磁測(cè)磁力儀為磁通門磁力儀、質(zhì)子磁力儀(核子旋進(jìn)磁力儀，歐弗豪澤效應(yīng)磁力儀)、光泵磁力儀(電子旋進(jìn)磁力儀)、超導(dǎo)量子磁力儀、原子磁力儀。高端的磁力儀已經(jīng)被美國、加拿大、澳大利亞等技術(shù)發(fā)達(dá)國家列為軍事裝備，禁止對(duì)外出口，技術(shù)壁壘高度可想而知。為了充分發(fā)揮高精度測(cè)量儀器的作用，近幾年來，各大地球物理測(cè)量公司都加強(qiáng)了相應(yīng)的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及處理軟件的開發(fā)力度。    

航空磁測(cè)飛行器載體的選取需要綜合考慮以下幾點(diǎn)因素：安全性、使用便捷性、成本以及負(fù)載續(xù)航能力。如表1.1.2-2列出了上述幾種飛行器載體使用對(duì)比情況，從圖中可以看出，固定翼飛機(jī)及旋翼直升機(jī)等有人機(jī)在負(fù)載和續(xù)航能力上較為突出，但該類飛行器對(duì)后勤保障有較高的要求，使用維護(hù)費(fèi)用較高。相對(duì)而言，無人機(jī)可以通過地面遠(yuǎn)程操控，使用時(shí)更具靈活性。此外，地下礦體引起的磁異常隨空間距離衰減較為嚴(yán)重，有人機(jī)飛行時(shí)需要保持一定的安全飛行高度，這無疑增加了磁異常探測(cè)難度。無人機(jī)可以根據(jù)預(yù)設(shè)的飛行路線進(jìn)行超低空飛行。相比有人機(jī)，無人機(jī)載體具有智能化、成本低、安全性能高以及使用便捷等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高海拔、遠(yuǎn)洋等復(fù)雜區(qū)域測(cè)量。因此，基于無人機(jī)平臺(tái)的航磁測(cè)量為一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。

表1.1.2-2

在測(cè)量定位方面，衛(wèi)星定位系統(tǒng)不積累誤差，適合長時(shí)間的定位任務(wù)，但是在短時(shí)間內(nèi)的定位精度不及先進(jìn)的慣導(dǎo)系統(tǒng)。較大尺度的航空磁測(cè)通常使用衛(wèi)星定位，而小尺度的磁測(cè)任務(wù)則多采用衛(wèi)星/慣導(dǎo)組合導(dǎo)航的方案。

航磁補(bǔ)償技術(shù)經(jīng)歷了長時(shí)間的發(fā)展，從最初的“硬補(bǔ)償”逐漸演化到現(xiàn)今的“軟補(bǔ)償”。硬補(bǔ)償通過在傳感器附近添加磁性源來抵消航磁干擾。固有磁場(chǎng)干擾可以用一個(gè)通有直流電的線圈來補(bǔ)償；感應(yīng)磁場(chǎng)干擾可以通過附加高磁導(dǎo)率材料大致去除；而渦流磁場(chǎng)干擾可以用一個(gè)閉合線圈來模擬。載體產(chǎn)生的干擾取決于飛行平臺(tái)的類型和傳感器的安裝位置，因此硬補(bǔ)償在每次飛行前都要進(jìn)行大量的實(shí)地測(cè)量和調(diào)試，操作復(fù)雜，精度卻較低，故而逐漸被軟補(bǔ)償方法取代。    

航空磁力測(cè)量屬于高精尖技術(shù)，美國Geometrics公司推出的G-824A型航空銫磁力儀及以后的型號(hào)，主要技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量范圍為20，000~100，000nT;靈敏度<0.3pT/√HzRMS，采樣率為50Hz時(shí)90%的讀數(shù)落在0.01nTP-P包絡(luò)內(nèi)，采樣率為1000Hz時(shí)90%的讀數(shù)落在0.1nTP-P包絡(luò)內(nèi);采樣率達(dá)1000Hz;方位誤差為±0.15nT;絕對(duì)準(zhǔn)確度<3nT。需要得到美國出口許可才可以購買，世界上目前有能力進(jìn)行研發(fā)的只有中國以及美國、加拿大、澳大利亞、德國、日本、英國、法國、俄羅斯等一小部分發(fā)達(dá)國家，其余國家均需上述國家提供技術(shù)支持才能開展相關(guān)工作，但由于部分跨國能源壟斷企業(yè)(例如BHP比斯頓公司、淡水河谷公司等)進(jìn)行全球探礦工作，促進(jìn)了全球航磁測(cè)量產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。