基于旋翼无人机的光泵水平磁梯度测量关键技术研究

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1、分类号：TH934.1单位代码：10183研究生学号：2015552061密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）基于旋翼无人机的光泵水平磁梯度测量关键技术研究ResearchonKeyTechnologyofHorizontalMagneticGradientMeasurementforOpticalPumpBasedonRotorUAV作者姓名：窦子优专业：检测技术与自动化装置研究方向：弱磁信号检测指导教师：程德福教授培养单位：仪器科学与电气工程学院2018年6月基于旋翼无人机的光泵水平磁梯度测量关键技术

2、研究ResearchonKeyTechnologyofHorizontalMagneticGradientMeasurementforOpticalPumpBasedonRotorUAV作者姓名：窦子优专业名称：检测技术与自动化装置指导教师：程德福教授学位类别：工学硕士答辩日期：2018年5月29日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此

3、限。）。否则，应承担侵权的法律责任吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是本人在指导教师的指。导下，独立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容夕卜，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果，均已在文中以明确方。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。６学位论文作者签名：曰期：年月益曰ＺＰｌｇｆ摘要摘要基于旋翼无人机的光泵水平磁梯度测量关键技术研究无人机飞行高度低、体积小、动

4、作灵活，更适合小范围高精度的航空磁异常探测，而磁梯度探测相比于传统的地磁总场探测可以更好的抑制外界干扰，凸显磁异常信息。利用无人机进行磁梯度探测可以进行小区域高精度的航磁探测，对于载人飞机的航磁探测是一种补充，可以更好的反映区域磁场特征，对于磁异常探测、未爆物发掘、反潜预警等都有重要意义。本文对无人机航磁梯度测量的研究现状进行了分析，设计了适用于多旋翼无人机的光泵水平磁梯度测量系统，由单片机与FPGA以及光泵、惯导等模块组成的系统完成磁场、姿态与坐标等信息的同步采集、显示与存储。根据光泵水平磁梯度测量系统的精度

5、与一致性要求，对现有频率测量方法进行了改进，采用移相与插值结合的方法在保证系统一致性要求的前提下提高了系统采样精度，单通道磁场测量精度达到0.0014nT。针对航空总场水平梯度测量过程中载体姿态引起的测量误差，使用了磁偶极子异常模型进行仿真分析，姿态变化引起的测量误差在30%，给出了两种不同的的校正方法，通过实验与仿真结合验证，两种方法改善比分别可达到3.28和9.68。通过实验对使用的六旋翼无人机的磁干扰特性进行测试，将磁干扰分为永磁干扰、高频干扰和偏置干扰，并提出相应的滤波处理补偿方法。通过比较补偿处理结果

6、与地磁基站数据，补偿后的测量结果误差为2.27nT。将飞行过程中的梯度测量结果与地面梯度实验进行比较，磁异常定位误差1.33m，可用于磁异常探测。关键词：无人机航磁，铯光泵磁力仪，总场梯度，校正补偿IAbstractAbstractResearchonKeyTechnologyofHorizontalMagneticGradientMeasurementforOpticalPumpBasedonRotorUAVTheUAVismoresuitableforaeromagneticanomalydetection

7、ofsmallrangeandhighprecisionwithitscharacteristicsoflowflyingheight,smallvolumeandflexiblemovement,whilemagneticgradientdetectioncanrestrainexternalinterferenceandhighlightmagneticanomalyinformationinabetterwaywhencomparedwithtraditionalgeomagnetictotalfield

8、detection.MakinggradientdetectionwithUAVcanmakeaeromagneticdetectionofsmallscaleandhighprecision,whichisasupplementforaeromagneticdetectionofunmannedaerialvehicle,canreflectthecharacteristicsofr