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一、無人機低空航磁測量產業概述
（一）無人機低空航磁測量技術概述
航空磁力測量，又稱航空磁測，是航空物探領域中使用最早、應用最廣的一種磁測方法。該磁測方式最早可以追溯到第二次世界大戰期間，是由于水下反潛需要而發展起來的一種技術，戰后被應用于石油、天然氣以及其它礦產勘探；航空磁測將磁傳感器及其配套的輔助設備裝載在飛行器上，通過探測由地下礦體磁性差異引起的磁異常，實現對石油、天然氣等礦產資源的快速普查，在資源勘探和地球科學研究工作中發揮著重要作用，在軍事國防領域也有著廣泛的應用。
無人機(UAV)是一種有動力、可遙控和回收的飛行器，它能攜帶多種儀器設備和執行多種任務。無人機航空物探測量系統具有小型化、智能化、重量輕、尺寸小、費用低、續航能力強等特點，便于運輸和使用，而且其機動性高，能在復雜地形區進行測量，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注。
（二）無人機低空航磁測量產業特征分析
時至今日，航空磁測已有70余年的發展歷程。最初時期，航空磁測主要使用感應式磁力儀或磁通門磁力儀測量地磁總場強度(TotalMagneticIntensity，TMI)。后來為了消除區域磁場和隨時間變化磁場的影響，提高磁測精度，研究發展了磁梯度測量，即利用光泵磁力儀測量地磁場模量的水平和垂直梯度。20世紀90年代中期以后，歐美等西方航空物探強國開始將注意力聚焦于航磁矢量測量。此后，航磁矢量測量相關理論技術得到了快速發展?？v觀整個航空磁測發展史，其發展歷程可分為三個階段，如下表1.1.2-1所示：
表1.1.2-1
航空磁測的發展經歷了由傳統的單一TMI測量到后來的TMI梯度測量，再演化為現在的磁矢量測量的過程。航空測磁的總體發展趨勢由單一標量磁測對象轉向多信息的矢量場或多參量測量，而三分量磁測即為當前航空磁測發展的主要方向之一。
而磁力儀作為航空磁測的心臟，其重要作用不言而喻，目前主要使用的航空磁測磁力儀為磁通門磁力儀、質子磁力儀(核子旋進磁力儀，歐弗豪澤效應磁力儀)、光泵磁力儀(電子旋進磁力儀)、超導量子磁力儀、原子磁力儀。高端的磁力儀已經被美國、加拿大、澳大利亞等技術發達國家列為軍事裝備，禁止對外出口，技術壁壘高度可想而知。為了充分發揮高精度測量儀器的作用，近幾年來，各大地球物理測量公司都加強了相應的高精度數據采集系統及處理軟件的開發力度。
航空磁測飛行器載體的選取需要綜合考慮以下幾點因素：安全性、使用便捷性、成本以及負載續航能力。如表1.1.2-2列出了上述幾種飛行器載體使用對比情況，從圖中可以看出，固定翼飛機及旋翼直升機等有人機在負載和續航能力上較為突出，但該類飛行器對后勤保障有較高的要求，使用維護費用較高。相對而言，無人機可以通過地面遠程操控，使用時更具靈活性。此外，地下礦體引起的磁異常隨空間距離衰減較為嚴重，有人機飛行時需要保持一定的安全飛行高度，這無疑增加了磁異常探測難度。無人機可以根據預設的飛行路線進行超低空飛行。相比有人機，無人機載體具有智能化、成本低、安全性能高以及使用便捷等優點，可實現高海拔、遠洋等復雜區域測量。因此，基于無人機平臺的航磁測量為一個重要發展趨勢。
表1.1.2-2
在測量定位方面，衛星定位系統不積累誤差，適合長時間的定位任務，但是在短時間內的定位精度不及先進的慣導系統。較大尺度的航空磁測通常使用衛星定位，而小尺度的磁測任務則多采用衛星/慣導組合導航的方案。
航磁補償技術經歷了長時間的發展，從最初的“硬補償”逐漸演化到現今的“軟補償”。硬補償通過在傳感器附近添加磁性源來抵消航磁干擾。固有磁場干擾可以用一個通有直流電的線圈來補償；感應磁場干擾可以通過附加高磁導率材料大致去除；而渦流磁場干擾可以用一個閉合線圈來模擬。載體產生的干擾取決于飛行平臺的類型和傳感器的安裝位置，因此硬補償在每次飛行前都要進行大量的實地測量和調試，操作復雜，精度卻較低，故而逐漸被軟補償方法取代。
航空磁力測量屬于高精尖技術，美國Geometrics公司推出的G-824A型航空銫磁力儀及以后的型號，主要技術指標：測量范圍為20，000~100，000nT;靈敏度<0.3pT/√HzRMS，采樣率為50Hz時90%的讀數落在0.01nTP-P包絡內，采樣率為1000Hz時90%的讀數落在0.1nTP-P包絡內;采樣率達1000Hz;方位誤差為±0.15nT;絕對準確度<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行研發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達國家，其余國家均需上述國家提供技術支持才能開展相關工作，但由于部分跨國能源壟斷企業(例如BHP比斯頓公司、淡水河谷公司等)進行全球探礦工作，促進了全球航磁測量產業的發展。
二、全球無人機低空航磁測量產業發展分析
（一）全球無人機低空航磁測量產業發展狀況
英國Magsurvey有限公司2003年報導了PrionUAV航空磁測系統，其機身長1.8m，翼展3m，系統最大長度為3.2m，可以攜帶1個銫蒸汽磁力儀(也可以在翼尖安裝2個銫蒸汽磁力儀以進行梯度測量)、1個激光高度計、實時DGPS和1個3軸磁通門磁力儀。PrionUAV是1個擁有通用機翼的組合式系統，可以用軌道或彈射器發射，并可以回收，其發射臺具有可折疊功能，便于運輸。
加拿大萬能翼地球物理(UniversalWingGeo-physics)公司2004年推出了UAV航磁系統，2005年又對其進行了完善和測試，特別是通過替換全部鐵質材料，采用了鋁殼鋰電池，將磁噪聲水平減少到工業標準水平。該系統裝備有銫蒸汽磁力儀、GPS、激光高度儀和磁通門磁力儀。只要有70km/h的任何一種交通工具，在移動200m左右的距離后，便可以應用一種特殊的裝置發射該UAV系統。特殊定制的自動駕駛功能可以使該UAV系統在離地40~80m的高度進行網格測量飛行。該UAV系統的發射地方距測區最遠可達100km，并能夠在離地20m的高度掠地飛行。萬能翼地球物理公司還對該UAV進行了特殊改裝，使其能在–35℃以下低溫和28kn以上大風環境下進行測量。2004年8月，用該UAV系統完成了650km的磁力測量任務。2005年，該UAV系統在位于北極的Diavik鉆石礦區進行了飛行測量，其采集的磁數據的質量與傳統方法采集的磁數據的質量相似，在金伯利巖上獲得了明顯的異常;完成了2次商業測量，即Vancouver島的山區的小范圍測量和加拿大西北地區NormanWells附近的測量工作。萬能翼地球物理公司準備采用目前的配置取代地面磁測，以及起飛和著陸地適合UAV飛行的各種航空測量。
通過研究和開發，Fugro公司2004年推出了高精度無人機航空磁力測量系統GeorangerⅠ，為沿海和遠離機場地區的數據采集提供了一種安全有效的測量手段，也進一步增強了Fugro公司的航空測量能力。該UAV時速可達75km/h，能夠持續飛行10h，并具有三維空間全自動飛行能力，可以在距測區很近的地方發射和回收。GeorangerⅠ采集的航磁數據質量較高，有時甚至好于固定翼飛機的標準。在定位準確性和升降速度方面遠遠超出了傳統有人駕駛飛機所能達到的標準。2005年，Fugro航空測量公司又升級了Georanger高精度航空磁力系統。新的UAV具有3m翼展，重18kg，續航時間15h，巡航速度100km/h，采用小支架發射和回收系統，收發場地可選擇在測區附近未經整理的荒地或船只上。Georanger技術的進步還包括地球物理數據和UAV姿態參數的連續遙測技術、自調節發射、回收和具有事后補償的銫蒸汽磁力儀、自調節3D或沿地形起伏飛行能力、長程銥星遙控技術、雷達高度計，以及從單一地面控制站操作多個UAV的能力等。在魁北克Gaspé地區用Georanger進行了幾次測量，取得了較好的效果。
圖1.2.1-1無人機航磁平臺
在二十世紀八十年代以前，國外的航磁補償系統以硬補償為主。有代表性的產品有1960年代加拿大推出的AN／ASA-65(9)型半自動補償器和美國人Passier發明的用于PR4-141飛機的方位函數補償器。這一時期的硬補償方法較為耗時，通常需要30~45分鐘的現場測量與調試，而且補償精度不高(0.1~1nT)。與此同時，美國、加拿大和法國的研究人員不斷探索著航磁補償的數值方法，前后申請了關于飛機恒定場補償、感應場補償、渦流場補償以及總體干擾全自動補償的多項專利。
數字航磁補償儀的商業化始于1983年，當年加拿大Sonotek公司推出了世界上首臺全數字全自動航磁數據采集與補償系統，稱為“自動航磁數字補償器”(AADC)。該系統可以同時補償多個磁力儀，補償后總場剩余小于0.05nT(FOM)，總場梯度剩余0.09nT/m(FOM)。在AADC的基礎之上，RMSInstruments公司進一步研制了第二代航磁數字補償系統AADC-Ⅱ。圖1.2.1-2展示了AADC-Ⅱ的外部構造，該系統可以以10Hz采樣率采集20，000~100，000nT的磁場，分辨率為0.001nT；補償后數據的標準差在0.035~0.08nT之間，改善率為10~20倍。完成補償共耗時6~10min。
圖1.2.1-2
2006年，RMSInstruments公司進一步推出了DAARC500“數據采集與自適應實時航磁補償器”，如圖1.2.1-3它的各項指標與AADC-II相近，但是加入了自適應功能，簡化了補償飛行的流程，將補償耗時減小到6~8min。DAARC500航磁數據采集與補償系統DAARC500代表了世界先進水平，該產品也使得RMSInstruments公司在市場中長期處于主導地位。
圖1.2.1-3
為了在航磁測量中對機身進行磁補償，加拿大的PicoEnvirotec(PEI)公司開發了能夠在飛行后產生補償系數或即時磁補償的軟件包—PEIComp。PEI同時還提供用來進行地圖配準和繪制測區飛行路線的測量準備軟件—PEIConv。加拿大的ScottHogg＆Associates地球物理軟件公司也發行了一套新的航空磁力補償軟件—CMAG4。該軟件可以同時處理四個磁力儀的輸入，并能進行事后補償。這套軟件已經成功地應用在多種固定翼和直升機測量系統上。
在數據采集方面，2005年Fugro研發成功了FASDAS數據采集系統，該系統能夠采集頻率為1000Hz的低噪聲、高密度數據，并且能夠及時地對數據進行檢查以刪除不需要的信號。加拿大的Terraquest公司在KroumVS儀器公司的幫助下開發了一套性能先進、使用簡單的數據采集系統———SDAS，該系統應用商用掌上電腦將數據記錄在一張閃存卡上，大大減少了采集系統的重量和體積，為航空物探測量技術的小型化、便攜化奠定了良好基礎。SDAS具有四道圖形顯示功能，并且在飛行中可選擇是否進行圖形顯示。
在數據處理方面，各大航空地球物理測量公司都進一步完善其原有軟件的功能，并相繼開發出新的商業化專業數據處理解釋軟件。數據處理和成圖系統也都成功移植到個人PC或工作站上，實現了三維正反演計算及可視化人機交互解釋，處理解釋技術日趨完善，逐步形成了一系列完整的處理解釋系統。
除此之外，加拿大的GoldakAirborneSurveys公司還研發了一種姿態校正系統。該系統應用多個高精度GPS接收機測定飛機的姿態，并同步自動測量磁梯度向量，大幅度減少了調平校正工作量，并使復雜地形條件下的飛行測量保留大量細小信息。該公司還開發了新的高精度數字航跡測量系統，該系統包含1臺數碼相機，能夠以2.5禎/s的速度記錄高精度影像，并可以在Geosoft公司的Oasismontaj中與地圖、數據庫相互連接查看，實現快速有效地識別航磁測量中的人文干擾。SGL也提供MPEG4格式的航跡數字錄像，該錄像與應用GPS時間同步的其他數據流相匹配，可以應用標準的Windows軟件進行方便的查詢和控制。
（二）全球優勢國家或地區產業發展趨勢
2.1加拿大
加拿大Scintrex公司(ScintrexLimited)制造了CS-3銫磁力儀，加拿大還有一家制造銫磁力儀的CAE公司，多年來為加拿大和其他國家與地區(包括臺灣)供應了2000套MAD系統。最近推出AN/ASQ-508(V)型，據稱探測潛水艇的距離為1200m。AN/ASQ-508(V)安裝在飛機尾錐或直升機機艙內。
加拿大GEM系統公司(GEMSystems，Inc.，以下簡稱GEM公司)研發了質子磁力儀、歐弗豪澤效應質子磁力儀和鉀磁力儀。GEM公司是第一家將鉀磁力儀投放市場的公司。GEM公司的鉀光泵磁力儀有用于航空標量測量和/或梯度測量的，有用于臺站作矢量測量的，也有用于地面測量的。GEM公司鉀光泵磁力儀的主要特點是精度高、方位誤差小、重量輕、定位準。用于飛機和直升機的GSMP-30A型航空鉀磁力儀/梯度儀的技術指標：測量范圍，20，000~100，000nT;靈敏度，0.7pT/1Hz;分辨率，0.1pT;絕對準確度，±0.1nT;采樣率為1、5、10、20Hz;梯度容忍度為2，500nT/m;磁力儀探頭重量1.5kg;電子設備盒重量0.63kg。GEM的MiniMag型鉀磁力儀可安裝在無人飛機(UAV)上進行磁測。
從20世紀70年代中開始，加拿大為了研究新一代反潛戰磁力儀，執行一項SQUID計劃。用鈮(和鈮合金)制成點接觸RF-SQUID磁力儀，采用梯度裝置，裝入盛有4°K液氦的杜瓦瓶中。SQUID梯度裝置適合于直升機使用，快速飛行或懸停均可。直升機有許多鐵質器件和良導性的表面，因而產生許多磁干擾。將安裝有梯度裝置的吊艙用纜繩吊放在直升機下方，遠離干擾源。SQUID用電池供電，用光纖與直升機內的數據收錄系統相連。經過靜態試驗、內河水面試驗，了解各種噪聲源，重新設計避免這些噪聲源的傳感器，制造出低運動噪聲的系統，于1998年進行了試驗飛行。飛行試驗取得部分成功，整個系統的噪聲在設計指標兩倍之內。
德國國防部從20世紀80年代末起，大力資助航空SQUID梯度測量研究工作，從1997年起由物理高技術研究所(InstitutfurPhysikalischeHochTechnologie，IPHT)承擔研發任務。
加拿大和德國從1990年代早期起就在SQUID技術方面開展合作，交換磁異常探測技術信息。加拿大將第一個吊倉借給IPHT于2001年秋進行最初的飛行試驗。德國研制SQUID梯度儀參考了加拿大的經驗。本世紀初德國IHPT制成的LTSSQUID航空全張量磁梯度儀系統，共有9個SQUID安裝在低溫恒溫器中，6個用作梯度測量，3個用作磁場測量，磁力儀是鈮薄膜DC-SQUID。梯度儀中兩磁力儀的間距(baselength)為3.5cm。三個互相垂直的參考磁力儀的靈敏度為1pT/√Hz。低溫恒溫器直徑23cm、高90cm，最大液氦容積約15L。SQUID的電子線路安置在低溫恒溫器頂上。整個系統裝在一個圓柱形的筒子內(吊艙)。系統的數據收錄箱在低溫恒溫器之上接近吊艙頂部。收錄箱內還裝有一個DGPS接收器和慣性系統單元(INSu-nit)。GPS天線裝在吊艙頂部。取樣率1kHz并與GPS取樣同步。使用BellUH1-D型直升飛機進行試驗時，吊艙吊放在直升飛機下方95m處。使用Cessna208型飛機進行試驗時，吊艙(實際上是一個圓筒)豎直地安裝在尾錐的后端。一個重要的措施是裝備了慣性系統，慣性系統提供3個角度(俯仰、橫滾、偏航)，可以確定系統的取向。利用這些數據由GPS測得的位置可以計算出SQUID梯度儀的實際位置。利用這個系統測得了100km25個獨立的張量元素，在世界上是第一次。隨后德國的IPHT和Supracon公司取得了一些技術突破，他們創制了`世界第一'的全張量航空磁力梯度儀，名為`JESSYSTAR'。JESSYSTAR的功能和飛行指標有很大的改進。
2008年系統安裝在一個新型吊艙中，這個直升機使用的吊艙是南非EpsilonEngineering公司和SpectremAir公司設計制造的，它的外形像一條大尾巴金魚。這個吊艙改善了平衡與動力學特性，使運動噪聲降低，因而磁場分辨率得以提高。慣性導航的精度更高了，角分辨率0.1°。吊放距離縮短到40m。新一代SQUID梯度儀大大降低天電和外部干擾。帶寬DC—500Hz，噪聲水10-2nT/m/√Hz。該系統已成功投產，進行航空地球物理測量。
2010年，加拿大卡爾頓大學與Sander地球物理公司合作研發了GeoSurvII無人機航磁系統。
2011年，在加拿大格蘭維爾省開展了8.5km的應用試驗，飛行高度50m，并與有人駕駛固定翼航磁數據和地面磁測數據進行了對比。結果顯示，該無人機航磁系統的磁場強度分辨率和地面磁測分辨率相當，優于有人駕駛航磁系統。兩個銫光泵磁力儀安裝在系統翼尖的兩端，可收錄水平磁場梯度數據。2014年，研究人員對該系統進行了弱化無人機磁場性特征技術的研究，極大改善了無人機的總體磁性特征。
2.2澳大利亞
澳大利亞從1992年開始各州實施一系列礦產勘查計劃，南澳大利亞州礦產勘查開創計劃(SAEI)、昆士蘭州的GEOMAP計劃、維多利亞州的礦產與油氣開創計劃(VIMP)和新南威爾士州的“發現2000”礦產計劃。
澳大利亞聯邦科學工業研究組織(CSIRO)和五個礦業公司合作正在研制使用HTS-SQUID的航空張量磁梯度儀GETMAG(透視地球航空張量磁力梯度儀，GlassEarthTensorMagneticAirborneGradiometer，GET-MAG)，用于地質調查和礦產普查。澳大利亞國防科學與技術組織(DSTO)和CSIRO共同出巨資，研究航空圈定和識別潛水艇的新方法，要求用與GETMAG相同的設計概念為PC3Orion飛機研制新型的MAD系統(magneticanomalydetec-torsystem)，命名為MAGSAFE。
GETMAG初步試驗結果：HTS-SQUID旋轉張量梯度儀安裝在吊艙內，由直升機吊放，進行飛行試驗，飛越一個人工磁偶極子。吊艙內還裝有磁通門磁力儀、傾斜儀、回旋儀和GPS接收機以調平、定位。在作了俯仰、橫滾、偏轉改正后，沿測線測得的梯度張量與理論計算所得結果相符合。在礦產勘查工作中，磁張量梯度測量的主要優點：有矢量測量的好處而無需嚴格定向;張量要素具有真正的位函數特征，可進行精密的延拓、化磁極和磁化強度填圖等等。
MAGSAFE初步試驗結果：CSIRO和DSTO正在研發的一種高溫超導旋轉梯度儀，已經完成了設計制造并進行了試驗。在最好的情況下，靈敏度為0.05nT/m(采樣率10次/s)，設計的靈敏度為0.001nT/m。因此還需要大力改進完善。還要探討如何將MAGSAFE應用在無人航行器上的問題。CSIRO還在研發一種供水下使用的，不用旋轉傳感器設計的HTS張量磁力梯度儀。這種系統至少需要10個傳感器。澳大利亞科學家目前還沒有取得完全的成功。
2.3美國
美國在航空磁測方面，廣泛應用氦4光泵磁力儀，而且還在不斷地研究、開發、創新改進。美國拍拉托密克公司(Polatomic，Icn.)為美國海軍研制的Polatomic2000(P-2000)，是激光光泵氦4磁力儀，采用梯度裝置。將P-2000安裝在P3C飛機上進行了飛行試驗，P-2000的噪聲水平(noisefloor)低于0.1pT/Hz`/2。
2004年10月10~15日，美國丹佛召開的美國SEG第74屆年會期間，SEG的重磁委員會主辦了磁力梯度測量專題討論會，研討了磁力梯度測量在勘查、環境調查和近地表地球物理方面的作用。宣讀的論文包括尋找金剛石，石油勘探和地質填圖、磁力梯度測量在考古、探測UXO、尋找金剛石、石油勘探和地質填圖等方面的應用。在梯度測量中使用氣態堿金屬光泵磁力儀和超導磁力儀(SQUID)。
美國特瑞斯坦技術公司(TristanTechnologies，Inc.)研制的三軸SQUID磁力儀(ModelG3773-axis77KGeophysicalMagnetometerSQUIDSystem)可以同時測量地磁場三個分量的相對變化。八道磁力儀/梯度儀排列還可用于移動調查，如UXO探測，航空探礦和環境廢物探測等工作。
美國橡樹嶺國家實驗室環境科學部利用多個高溫超導磁力儀組成梯度儀排列，安裝在直升機上探測UXO。TristanTechnologies公司與普林斯頓大學(RomalisM教授等)合作，得到美國國防部資助，研發一種新型飛特級的(fT-level)原子磁力儀。該裝置是一個兩道無屏蔽的原子磁力儀，在Tristan制造并測試。在噪聲水平為5nT/√Hz的工業環境下操作，磁力儀的靈敏度為2pT/√Hz。在Tristan制造的磁力儀的固有的靈敏度等于10fT/√Hz。辨識了主要噪聲源，擬定了開發在飛機上運行的下一代系統的計劃。他們的最終目標是探測磁異常的靈敏度優于1fT.，探測距離大于9，000ft(2743m)。
三、國內無人機低空航磁測量產業發展分析
（一）國內無人機低空航磁測量產業發展狀況
“十一五”以來，經過三個“五年規劃”的科學技術創新與應用，攻克了相關理論和核心技術難題，促進了國內航空物探的自主創新能力和勘查技術水平的大幅度提高，實現了全系列、先進實用的航空物探勘查系統和技術的自主研制，填補了多項國內理論、技術和裝備空白，打破了國外技術封鎖和壟斷，并通過結合地質調查項目的實施，實現了工程化應用。
我國國土資源航空物探遙感中心2003年研制成功新一代(HC-2000)航空氦光泵磁力儀，采樣率可在1~15Hz范圍內調制，靈敏度達到0.3pT/Hz1/2，測量范圍為35000~65000nT。杭州瑞聲海洋儀器有限公司推出RS-HGB4B型航空4He光泵磁力儀，測程：35000~70000nT，采樣率0.2~10Hz，靜態噪聲≤0.01nT，儀器系統頻率響應≥10Hz。
許多國內的科研單位都自主研制了基于固定翼平臺的航磁測量與補償系統，其中具有代表性是中國國土資源航空物探遙感中心(航遙中心)2002年推出的SCI型航磁自動化數字補償儀，其量程為20，000~100，000nT，分辨率為0.001nT，總場補償后標準差為0.035nT(典型值)，標準差改善比為10~20倍。十一五期間，航遙中心進一步研制出AGS-963型多通道航磁梯度補償儀。AGS-963的外部構造如圖1.3.1-1所示，它的量程為10，000~100，000nT，分辨率為0.0001nT，總場補償后標準差在0.019~0.080nT之間(典型值為0.035nT)，改善率為12.7~89.0。AGS-963型多通道航磁梯度補償儀已達到國際先進水平。目前國內航磁測量系統發展程度如下圖1.3.1-2所示。
圖1.3.1-1
表1.3.1-1
我國無人機低空航磁產業起步較晚，但在2012年至2015年短短的三年時間里，中國地質調查局組織多家科研單位，共同研制完成了世界上第一套“彩虹-3”中型無人機航空地球物理綜合測量系統，如表1.3.1.1，開啟了無人機在地質調查礦產勘查民用領域的使用。2015年，經過3個月的野外工作，中國地調局地科院物化探所“基于無人機的航空物探(電/磁/放)綜合站測量技術研發與應用示范”項目組在克拉瑪依低山地區應用長航時、全夜航測量模式，安全、高效、高質量地完成了總計13000余測線千米高精度無人機航磁、航空(磁/放)試生產任務，圓滿完成年度試驗及試生產作業，檢驗了綜合站的實用化性能，野外原始資料滿足規范要求并順利通過驗收。這標志著我國自主研制的無人機航磁及磁/放綜合測量系統基本實現實用化，具備了推廣應用的基礎。
圖1.3.1-2
中科院上海微系統所(常凱等，2015)研發了一種基于LTSSQUID的無人機航空超導磁測系統，基于Barewasher構型的SQUID超導薄膜可有效抑制地磁場引起的磁通陷入，基于SQUID自舉電路(SBC)技術實現低噪聲直接讀出磁場信號，該系統靈敏度優于1pT/√Hz，環境場下量程達到60μT，可實現地磁場的垂直三分量磁場同步測量。同年，中科院上海微系統和信息技術研究所研制一種可基于GPS在硬件層面上通過重采樣技術實現數據實時同步的低溫超導磁力儀(伍俊等，2015)，數據同步精度優于1μs，并在GPS信號丟失后仍能在50s內通過數字鎖相環保證數據的同步精度，為磁法勘探和航空全張量磁梯度測量等領域奠定了堅實的基礎。中科院上海微系統和信息技術研究所和吉林大學(榮亮亮等，2016)基于欠阻尼低溫SQUID和單片讀出技術構建了一種高性能低溫SQUID傳感器，通過與空心線圈瞬變電磁系統的對比實驗，驗證了低溫SQUID對地球深部信息的探測能力，標志著我國在高端技術方面已經取得了較大成果。
2017年9月23日，在天津舉辦的2017年中國國際礦業大會上，地質調查新兵——我國的“彩虹-4”物探專用無人機就已經亮相了。當時是正在研制當中，計劃的是2018年試飛，2019年正式投入使用。如果一切順利進行，則標著著我國無人航空物探領域裝備更加成熟和完善，即將迎來新的篇章。1、最大有效載荷達345公斤，可以實現同時搭載航磁、航重和航放等航空地球物理探測設備；2、巡航速度可達每小時200公里，這一巡航速度是與機載多種地球物理探測裝備完美匹配，飛行高度可以降低到規范要求，從而實現大中比例尺的航空地球物理探測工作；3、續航時間可達40小時，續航里程可達4000公里，使用超視距通訊鏈路控制距離可達2000公里以上，為航空地球物理向深藍遠海進軍提供了保障；4、可在距地面120-180米的高度穩定飛行，最大飛行高度可達7300米，使用升限在6000米以上，可實現在青藏高原開展航空地球物理探測工作。
2017年國家重點研發計劃設立重點專項“機載高精度磁力儀”，用于陸地及海洋資源勘探。該項目由上海通用衛星導航有限公司牽頭組織，共有清華大學、上海航天電子技術研究所、國家海洋局南海調查技術中心等7家單位參與其中。主要研發成果包括GSN-882銫光泵探頭、GPS差分接收機(中海達SKY2)、航姿模塊(HEC395)、激光高度計(GLS-B1000)。
2020年，航測遙感中心測繪地理信息院與正元地球物理有限責任公司、河北捷泰探測技術有限公司、加泰科(深圳)科技有限公司、成都縱橫大鵬無人機科技有限公司聯合開展無人機航磁測量技術研究。通過對縱橫CW-15垂直起降無人機進行改裝，搭載加泰科GTK-R15型銣航磁儀，在內蒙古額濟納旗進行無人機航磁數據采集。由于作業區在戈壁灘內，路途較遠，風沙較大，為保證項目的順利實施，項目組積極準備，利用早、晚時間段開展航測數據采集作業，日飛行700測線公里，數據精度滿足任務要求，圓滿完成數據采集任務。
（二）國內無人機低空航磁測量產業政策環境
“十一五”以來，國家和社會對航空物探的需求迅速增加，同時也刺激了航空物探技術及應用的快速發展。為了增強航空物探技術創新能力與應用效果，國家高技術研究發展計劃(863計劃)先后于2006年、2012年啟動“航空地球物理勘查技術系統”重大項目、“航空地球物理勘查技術與裝備”主題項目;2017年啟動國家重點研發計劃“深地資源勘查開采”專項航空物探項目群。
2006年，國務院2006年2月9日發布了《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006~2020年)》(以下簡稱《綱要》)。《綱要》指出，今后15年，科技工作的指導方針是：自主創新，重點跨越，支撐發展，引領未來。綱要提出7個水和礦產資源優先主題，其中資源勘探增儲優先主題要求重點研究礦產資源成礦規律和預測技術，發展航空地球物理勘查技術，開發三維高分辨率地震、高精度地磁以及地球化學等快速、綜合和大深度勘探技術。同年，國家“十一五”、“863”重大項目“航空地球物理勘查技術系統”應運而生。
2010年，《航空磁測技術規范》是由中國國土資源航空物探遙感中心擔任第一完成單位，熊盛青、陳斌、趙百民、薛典軍、范正國、郭志宏、劉英會、郭玉峰、韓長青、孟慶敏擔任主要完成，為國內航空探測技術的發展提供了規范性指導，促進國內航空磁測產業健康發展。
2012年，“十二五”國家制定863計劃主題項目“航空地球物理勘查技術裝備”，包含“航磁三分量矢量勘查系統與航磁全張量技術研究”、“新型高精度航空重力勘查系統研制”、“固定翼時間域航空電磁系統實用化”、“直升機吊艙式時間域航空電磁勘查系統實用化研究”和“航空地球物理遙感綜合探測技術與解釋系統研究”等5個課題。
“十三五”期間，2017年11月8日，國家重點研發計劃“深地資源勘查開采”重點專項“航空重力測量技術裝備研制”、“直升機航空電磁測量技術系統研制”、“航空磁場測量技術系統研制”和“典型覆蓋區航空地球物理技術示范與處理解釋軟件平臺開發”4個項目啟動?！昂娇沾艌鰷y量技術系統研制”項目擬研制具備三維精確導航控制與自主避障能力的低磁低靜電物探專用智能化固定翼無人機和旋翼無人機，研發適合無人機的航磁總場及梯度、實用化航磁三分量、航磁全張量梯度等多參量磁測系統。
2018年，由自然資源部中國地質調查局所屬的中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所承擔的“《無人機航空磁測數據采集技術要求》制定”子項目，歸屬于“地質調查標準制修訂與升級推廣(中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所)”項目正式開始。項目提出：通過收集無人機航空磁測飛行平臺資料、野外測量技術方法及無人機航空磁測數據質量監控資料，結合航空磁測任務及質量要求，編制完成《無人機航空磁測數據采集技術要求》，為無人機航空磁測調查技術全面推廣應用提供了標準保障。
主要目標任務是在地質勘查技術方法標準體系框架內，結合無人機航磁技術應用現狀，制定《無人機航空磁測數據采集技術要求》，滿足當前地質調查對無人機航磁調查工作的需要，推動無人機航磁技術廣泛應用?！稛o人機航空磁測數據采集技術要求》借鑒了《航空磁測技術規范》《航空物探飛行技術規范》等相關標準，結合無人機航空磁測技術特點和應用現狀，總結了無人機航磁測量的工作方式、飛行控制、數據獲取等技術要求。
(1)編制出適合無人機航空磁測系統要求的過程控制記錄。在明確航磁測量系統組成、儀器設備檢測、儀器設備安裝、地面測控系統的組成及功能要求等各項要求之后，設計出儀器設備靜態性能檢測記錄表、測試報告等附錄文件，用于規范航磁測量系統安裝調試各過程的控制。
(2)優化、統一了無人機航空磁測野外數據采集工作流程。分析研究了近年來無人機航空磁測技術的應用示范中獲得的“儀器探測能力測試方案”“無人機航磁作業指導書”“無人機航磁測量標定及試驗飛行要求”“CH-3無人機航磁系統應用技術指南”等科研成果，結合無人機航空磁測數據采集流程，確定了“無人機航空磁測”開工前的儀器準備、測線飛行前的準備、測量飛行、磁日變觀測、設備檢修與維護、原始資料編錄、原始資料現場檢驗等方面的技術要求和質量控制措施。
(3)開展了標準的實驗與驗證。通過在黑龍江嫩江縣、新疆克拉瑪依和新疆喀什等調查區開展無人機航空磁測系統的三維航跡規劃技術驗證飛行試驗，驗證了標準中各項技術指標的科學性和可操作性。驗證內容包括：自主進出測線、測線保持和糾偏、在丘陵和低山區隨地形起伏飛行，自主越障和復雜地形條件下的自主飛行，磁補償技術驗證飛行等，驗證了標準的實用性。
(4)確?！稛o人機航空磁測數據采集技術要求》的廣泛性和代表性。在研制標準過程中堅持“流程清晰、方法簡單、易于操作”的方針，在標準編制的初稿、征求意見稿、送審討論稿及送審稿的各個過程中廣泛征求我國從事無人機航空磁測研究、生產單位及高等院校的意見和建議，召開多次專家研討會，并向中國地質調查局自然資源航空物探遙感中心、核工業航測遙感中心、冶金地質總局航空物探院、山西省煤炭地質物探測繪院、航天十一院等單位發函征求標準意見。
2020年由青海省地質測繪地理信息院、青海省第三地質勘查院、北京桔燈地球物理勘探股份有限公司聯合起草的《無人機航空磁測技術規范》青海省地方標準搶先實施，標志著無人機航空磁測技術規范化進程再進一步。
四、國內重點省市無人機低空航磁測量產業發展分析
（一）國內重點省市無人機低空航磁測量發展狀況
除中國地調局下屬的廊坊物化探所、航空遙感中心等科研院所具備無人機航空物探技術外，國內地勘單位首家具備該項技術能力就是山西省煤炭地質物探測繪院，該院2014年就提出了技術引進設想和完成了初步的市場調研，2015年組建技術研發團隊，2016年正式立項購置設備引進技術并完成三次技術開發試驗取得突破。由北京勞雷工業有限公司提供整套技術裝備和培訓，采用WH-110A型直升無人機平臺、CS-VL銫光泵及AARC510航磁數據收錄及補償儀等，2017年初通過中國地調局廊坊物化探所實地考察測試滿足生產標準并與之簽訂航磁項目合作協議，2017后半年承接完成了江蘇地礦局2個海岸帶航磁測量項目，邁出了市場化第一步，截至目前已經產出專利成果三項。
除其外江蘇、安徽、河北等地礦局下屬物化探院所也引進了該項技術裝備。其中安徽物化探院引進開發了以飛艇為平臺的航空磁測系統，在國外市場(非洲)開拓較好，具有較大的技術競爭優勢。
（二）山東省無人機低空航磁測量產業發展狀況
省內而言，山東省第三地質礦產勘查院(煙臺市)在2018年，申請設備購置計劃，由“桔燈勘探”提供，并前往成都接受前期培訓，目前已初步具備勘探能力；青島市依托先進的海洋科技水平也間接發展了海洋無人機低空航磁測量產業；山東省物化探勘查院(濟南市)于2018年引進相關技術，之后與山東省水下考古研究中心合作進行相關項目，目前產出專利成果兩項。
（三）山東省無人機低空航磁測量產業政策環境
2018年1月，國務院批復同意《山東新舊動能轉換綜合試驗區建設總體方案》(以下簡稱《方案》)，《方案》實施要全面貫徹落實黨的十九大精神，以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，貫徹新發展理念，堅持質量第一、效益優先，以供給側結構性改革為主線，以實體經濟為發展經濟的著力點，以新技術、新產業、新業態、新模式為核心，以知識、技術、信息、數據等新生產要素為支撐，積極探索新舊動能轉換模式，推動經濟發展質量變革、效率變革、動力變革，提高全要素生產率，著力加快建設實體經濟、科技創新、現代金融、人力資源協同發展的產業體系，推動經濟實現更高質量、更有效率、更加公平、更可持續的發展，為促進全國新舊動能轉換、建設現代化經濟體系作出積極貢獻?！斗桨浮分械氖螽a業中，新一代信息技術產業與智慧海洋產業中分別包含了地理信息產業與海洋信息產業(如下表1.4.3-1所示)，為無人機低空航磁測量產業發展提供了政策支持。
表1.4.3-1
五、山東省無人機低空航磁測量產業發展分析
（一）山東省無人機低空航磁測量產業發展狀況
山東省物化探勘查院(濟南市)于2018年引進相關技術，之后與山東省水下考古研究中心合作進行相關項目，目前產出專利成果兩項。
山東大學，孫懷鳳、張諾亞等人對此項技術進行了研究，申請了相關專利，專利中公開了，提供了一種無人機載半航空瞬變電磁和磁法協同采集系統及方法，包括無人機、瞬變電磁接收線圈、磁法傳感器和采集記錄器；所述磁法傳感器搭載在無人機上且與采集記錄器連接，所述電磁接收線圈通過絕緣線與無人機連接；所述瞬變電磁接收線圈至少包括橢圓線圈骨架，橢圓線圈骨架的長軸一端的端部設有線圈頭部，長軸另一端的端部設有線圈尾翼，橢圓線圈骨架的短軸的兩端或靠近短軸兩端的位置對稱的設有線圈側翼；本公開所述的接收線圈采用流線型結構設計，在飛行過程中可有效減小了風力因素的影響，提高了數據采集的質量。
山東省地質礦產勘查開發局第六地質大隊開展了相關航磁工作，并申請了有關航磁解釋方法的專利，其中公開了一種陡傾斜深部隱伏鐵礦找礦方法。其找礦的磁參數定量指標為：(1)隱伏的BIF型鐵礦賦礦磁異常特征：1∶50000航磁異常之ASM＞50nT/m；(2)深部隱伏鐵礦床賦存區磁異常特征：1∶50000航磁異常之ASM＞200nT/m，ΔT＞300nT；(3)深部鐵礦床礦頭在地表的投影位置磁異常特征：1:10000高精度磁測磁異常ΔT上延100m垂向二階導數＞275nT；(4)陡傾斜緊閉相似褶皺鐵礦體的磁異常特征：磁異常形態呈帶狀，長寬比＞5:1，高精度磁測剖面顯示≥2個峰值，磁測剖面異常曲線不對稱、曲線高寬比＞1/2、軸線傾角＞50°。本發明有效解決陡傾斜深部隱伏鐵礦找礦技術難題。
（二）山東省無人機低空航磁測量產業優勢與不足
山東省作為北方大省，海岸線狹長，礦藏豐富，該產業立足山東省新舊動能轉換“十強”產業中的高端裝備制造業，面向新一代信息技術中產業中“新型信息技術服務”領域、現代海洋產業中“海洋地球物理勘查技術服務”領域；既可以聯合采礦產業在山東復雜地形中完成礦產勘探工作，促進采礦業的轉型升級，又能聯合海洋產業，進行淺海灘-深海的磁測工作，提升山東省海洋科技水平，還能以無人機航空磁測為基點，繼而發展無人機綜合物探產業。
濟南市作為山東省的省會?！皬娛睉鹇灾碌臐媳厝灰獡斊鸱杖∠嚓P高新技術產業布局，低空航磁測量產業便是其中之一,這為濟南市發展此項產業帶來了廣闊的市場和十足的契機。但濟南市在發展此項產業中仍有以下幾點不足：
產業鏈基礎薄弱：無論是磁測儀器制造，還是工業無人機行業，在濟南均沒有相應的產業基礎，而且這兩項行業都是高端制造業，短期內取得巨大突破較為困難，需要進行長遠投資才能取得進展。
應用化程度較低：在濟南市開展無人機航磁測量先例較少，大多數相關公司、研究中心還沒有引進并使用無人機航磁測量技術，應用不足隨之帶來市場需求度不高，壓縮了此項產業的發展空間。
人才儲備不足：濟南市并沒有發展此項技術所需地理信息專業、地球物理專業、精密儀器專業等相關專業較強的高校，從相關研究情況也可以看出，無法為濟南市發展此項產業提供強勁的源動力。
政策支持不足：濟南市并沒有出臺相應產業扶植政策，在相關重大科研項目方面也沒有立項，無論是研究院、企業，還是高校均沒有得到政策利好，不利于產業發展。
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