专利名称：用于地理勘测的无人飞行器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于获取航磁数据的系统和方法。更具体地讲，本发明涉及为了进行地理勘测而获取航磁数据的自动无人飞行器(UAV)。
背景技术：
在矿产和石油勘探工业中，正在努力进行识别地理资源的新区域。经常地，地理技术被采用以识别这些区域，它们可以是在地球的表面或甚至在海底之下非常深的地方。
一种有前景的地理技术是磁异常探测，其利用高灵敏度磁力仪以探测余磁的小的变化，其可表明在由岩石和/或水隔离的、巨大深处的地理显著变化或异常。这种技术的难点是，在磁力仪必须操作以探测来自所调查区域的返回数据的灵敏度处，金属部件以及由附近设备所产生的电场和磁场可干扰磁力仪的读数。
由于通常在不利的状态下经常必须穿越复杂的地形，以及所勘测的区域的巨大的面积，所以飞行器具有巨大的好处。
目前的飞行器勘测系统，例如美国专利No.6255825中所公开的那样，具有地理传感器套件，其包括磁力仪，它们连接至有人飞行器或与其集成。这些飞行器勘测系统大体在较低但是恒定的高度(大约100m)飞行，并且等高飞行或“起伏(drape)”的能力并不需要。此外，这种飞行器需要较大的起飞和降落表面，这限制了这种飞行器勘测系统的有效区域和范围。同样，对于任何有人的飞行而言，必须考虑到诸如疲劳、休息时间等的人为因素。
然而，由通过资源的地层所经常产生的不牢固的返航，所以经常倾向于在地面之上越来越低的间隔上飞行，并且在世界上更远和很难到达的区域中进行飞行。由于勘测的每次的高度的减小，或者较远或很难到达的区域，对于传统的有人飞行器的操作的安全性的关注成指数方式增加。在勘测系统横贯开放水域例如海洋或大海时，这些安全性的风险被混合。结果，多种提出的飞行器地理勘测系统没有完成或被放弃，这是基于为了获的期望的勘测灵敏度而不可接受的安全性风险。
在过去的二十年内，在航磁数据质量以及数据处理技术方面已经实现了多种显著的改进，但是没有一个可以真正地被归类为一种显著的飞跃，从而克服安全性/性能的不平衡。在服务提供者之间很少有或没有可以忍受的产品差异，并且竞争不可避免地减小了价格。较低的进入门槛允许新的竞争者连续进入市场，实质上确保了一种正在进行的过剩供应的状态，使得价格进一步下降，不断侵蚀市场份额，并且进一步折衷工业安全性标准。
大海已经被认为是地球上被勘探以便矿产和石油发展的一个最后的边疆。这部分地是由于面对地理工程师的荒芜的环境。不但要对付大风、潮汐和天气的影响力，而且世界的海洋的巨大性也很大地增加了技术的难度。例如，飞行员容易迷失方向并且疲劳，尤其水面之上较低的高度飞行时。
对于飞行器而言，大体很难在陆地和大海这两者上收回。许多飞行器需要一段平坦的陆地，以便从其发射，例如通过电平车(level vehicle)被牵引或保持，直至产生足够的速度，以产生必要的升力；以及着陆的相对软的区域。在海洋环境中通常出现的降水和大风加剧了这种问题。出于这些和其它原因，已经需要海洋学地磁勘测，但是这样做的成本以及危险已经严重地缩减了这种勘测的次数。
尽管海洋学勘测面临劣的环境，但是它们大体并不需要地形随从能力。相反地，对于多数陆基勘测而言，需要较低高度的地形随从。这种所谓的“起伏”勘测很难利用有人的飞行器实现，这是因为其安放上飞行员，尤其在较低的高度处的危险。
无人飞行器(UAV)在本技术领域中是公知的，并且已经被发展用于不同的用途。授权给Rivoli的美国专利No.6742741公开了一种特定的无人飞行器结构。然而，UAV迄今没有被用于获取航磁数据。UAV大体包括多个辐射源，它们将扫描磁异常的敏感读数。尽管这种干扰可单独地通过屏蔽所有电设备而补偿，但是这将显著增加UAV的成本和重量，并且可干扰其飞行特性。
此外，大多数UAV通过视线(LoS)通信的方式被控制，这因而需要远程操作者在飞过区域的附近，并且增加了公知的涉及人为因素。而且，许多UAV不可提供地形随从能力，这是因为路点的数量必须被编程到导航系统中。
因而，所需要的是一种自动的、精确的系统，以便在水域上获取航磁数据，以便地理勘测，这减少了与利用传统的方法获取航磁数据有关的成本和风险这两者。
还需要的是一种自动的、精确的系统，以便在无人飞行器中提供地形随从能力。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种用于航磁数据采集的UAV，其减小了成本并且有助于远程区域的测绘。本发明的UAV允许超低高度的勘测，而同时减小了飞行人员的风险。本发明提供了一种用于获取高品质航磁数据的UAV，以便在海上的环境中或者在较低高度的复杂地形上进行地理勘测。UAV包括主磁力仪，磁补偿磁力仪以及连接至这两者的数据采集系统。
随着UAV飞越需要地理勘测的区域，主磁力仪探测并且测量磁异常，并且磁补偿磁力仪测量对应于运行中的UAV的俯仰、偏航和摇摆的磁数据。数据采集系统收集并且存储磁异常测量值以及对应于俯仰、偏航和摇摆测量值的磁数据，并且基于磁异常测量值调整UAV的磁效应，这是通过从磁异常测量值中去除对应于UAV的俯仰、偏航和摇摆的磁数据而实现的。数据采集系统还存储导航信息，其被用于控制UAV的飞行路径。主磁力仪和磁补偿磁力仪分别容纳在UAV的机身中，并且分别与航空电子设备系统和推进系统间隔，以减小来自由航空电子设备系统和推进系统产生的磁辐射的干扰。
UAV的机身是细长的(被加长)，以增加第一和第二磁力仪与推进系统和航空电子设备系统的间隔。优选地，磁力仪容纳在机身延伸部中。
主磁力仪可安装在全方向可调节的安装件中，其位于UAV的机身中，从而主磁力仪在UAV运行时刚性附着至UAV，但是在UAV不运行时可调节至任何期望的空间方位，例如在预飞行检查过程中。
发电机被屏蔽以吸收磁辐射，并且减小到达磁力仪的磁干扰。
UAV的电线适于减小由电线所产生的电流环，从而最小化可干扰磁力仪操作的电场。在本发明的另一实施例中，推进系统可被安装成，其被稳定，从而最小化由推进系统的振动产生的任何磁干扰。
主磁力仪可以是铯蒸汽磁力仪、光泵型磁力仪、质子进动效应型质子旋进磁力仪、或三轴磁力仪。优选地，在主磁力仪是三轴磁力仪时，其是三轴磁通脉冲磁力仪。
存储在数据采集系统中的导航信息包括飞行器飞行计划，其依次列举了一系列方位，它们分别通过相对于预选定的地理坐标的水平坐标和竖直坐标被确定，所述水平坐标具有水平面中的相互垂直的第一分量和第二分量，并且所述竖直坐标垂直于所述水平面。优选地，导航信息实时地传输至所述航空电子设备系统的导航系统。可选地，所述一系列方位依次被传输至所述导航系统。更加优选地，所述一系列方位限定了针对UAV的地形随从路径。
UAV可适于与便携的发射和收回系统一起使用。UAV可适于无需着路地收回，或者其适于通过止动线材被收回。优选地，收回系统接合位于UAV的机翼上的止动线材。
UAV可适于在海洋上飞行和/或可适于从船上被发射。UAV可适于在船上被收回。
UAV可包括容纳在UAV的机翼的翼尖中的通信系统，以便将磁异常测量值传输至远程方位。
UAV可包括雷达高度计，以便测量飞行器的高度，其操作性连接至数据采集系统，以便接收和存储来自雷达高度计的高度测量值，并且更加优选地，数据采集系统利用雷达高度计测量值调整导航信息，从而防止飞行器飞入地形或树木。优选地，数据采集系统利用雷达高度计测量值调整飞行器飞行计划，以防止飞行器碰撞诸如树木的陆基障碍物和/或改进飞行器的地形随从路径。
本发明的优点包括，其减小了获取地理勘测数据的成本以及飞行人员的风险这两者；其是完全自动的(包括在海洋上飞行的过程中)；并且其适于存储较大的飞行计划文件。本发明的UAV是可移动的，并且可以结合便携的发射和收回系统一起使用。
本发明的UAV的另一优点是，其可提供较大区域的延伸的测绘，以补充人工勘测，并且将代价昂贵的人为以及有人飞行关注于更加有希望的领域。
附加地，本发明的UAV针对有人的飞行器具有超强的机动性，与有人飞行器相比，适于更靠近地形飞行，并且因而适于完成高风险的任务，并且不会承受由飞行员在长期需要人的任务中所经历的疲劳以及厌倦的危险。
在本发明的一个方面中，本发明旨在提供一种用于地理勘测特定区域的无人飞行器，其包括机身、将电能提供至飞行器的各系统的发电机、推进系统以及具有导航系统的航空电子设备系统，所述无人飞行器还包括第一磁力仪，其被指向成探测并且检测特定区域内的磁异常；第二磁力仪，其用于测量对于所述飞行器的俯仰、偏航以及摇摆的磁响应；数据采集系统，其操作性连接至所述第一和第二磁力仪，以便存储所述磁异常测量值以及对应于所述俯仰、偏航以及摇摆测量值的磁响应，并且将所述磁响应测量值从所述磁异常测量值中去除；所述数据采集系统操作性连接至所述航空电子设备系统，以便传输存储在所述数据采集系统中的导航信息，从而控制所述飞行器的飞行路径；
其中所述机身适于容纳所述第一和所述第二磁力仪；并且所述第一和所述第二磁力仪与所述推进系统和所述航空电子设备系统间隔开，从而减少来自它们的任何磁干扰。
现在将参看
本发明的实施例，其中不同附图中的相同的附图标记代表相同的元件，其中图1是根据本发明实施例的UAV的前侧透视图；图2是图1的UAV的选定的部件的框图。
具体实施例方式
结合特定的实施例仅仅出于示意性的目的将说明本发明；然而，应该理解的是，通过根据本发明附图的以下说明将清楚本发明的其它目的和优点。尽管公开了示意性实施例，但这将不是限制性的。恰当地，在此所提出的基本原则被认为仅仅是示意性说明了本发明的范围，并且还应该理解为在不脱离本发明的范围的前提下实现多种改变。
通过本说明书，仅仅根据本发明的UAV部件被说明。然而，应该理解的是，本发明的UAV包括所有其它UAV需要操作的部件，并且本领域技术人员将容易地清楚根据所打算的应用而进行的选择。
参看图1，示出了根据本发明优选实施例的UAV 1。UAV 1具有1.91m的长度，大约3.1m的翼展，以及0.17m的机身直径。UAV 1适于以最大至36m/s的速度飞行，并且具有25m/s的巡航速度。UAV 1的起飞滑跑距离是5000m，并且其在不加油的条件下可飞行直至15小时。UAV 1的空载重量是12kg，其最大燃料容量是5.5kg并且其最大起飞重量是18kg。相关领域技术人员容易清楚，在此设定的所有尺寸仅仅是示意性的，并且在不脱离本发明精神和范围的前提下将容易地替换其它尺寸。
UAV 1包括机身延伸部2、数据采集系统7、以及多个噪音和振动减小元件。
本发明的UAV 1的机身延伸部2从UAV 1的重心沿前后每个方向延伸35cm。沿两个方向的延伸最小化了延伸部对于UAV 1的飞行特性的影响。机身2的后侧区段被延伸，以延长油箱，从而UAV 1的范围被增加，从而其更加适于地理勘测的目的。位于距离UAV 1的中心线大致61cm处的磁力仪安装件3优选安装在机身延伸部2的机首区域内。
磁力仪安装件3被构造成在UAV 1运行时，主磁力仪4刚性固定至机身。磁力仪安装件3还被构造成，其可在UAV 1的预飞行过程中移动至任何期望的空间方位，从而主磁力仪4可在飞越勘测区域时准确地被定向。在本发明的优选实施例中，主磁力仪4安装在完全铰接的安装件中，例如16.5cm泡沫塑料球，其被钻穿，以容纳主磁力仪4。在飞行操作的过程中，球可转动成任何姿态，以便适于最大磁灵敏度，并且在UAV 1开始操作之前被固定就位。
主磁力仪4以及磁补偿磁力仪5这两者被构造成，具有较小的外径，从而它们可匀整地装配在机身延伸部2中，并且主磁力仪4可匀整地安装在16.5cm泡沫塑料球中。
主磁力仪4优选是一种由Scintrex生产的型号为CS3L的光泵铯蒸汽磁力仪(optically-pumped cesium vapour magnetometer)。然而，主磁力仪4可以是任何适合的磁力仪，例如光泵型磁力仪、质子进动效应型磁力仪、质子旋进磁力仪、三轴磁力仪或三轴磁通脉冲磁力仪。
在距离UAV 1的重心大致35.5cm处，安装磁补偿磁力仪5。所述磁补偿磁力仪5优选是三轴磁通脉冲磁力仪，并且被用于测量UAV 1的俯仰、偏航以及摇摆。更加优选地，三轴磁通脉冲磁力仪是由Billingsley Magnetics生产。磁补偿磁力仪5安装在固定平台(未示出)上的机身延伸部2中。
机身延伸部2的前侧区段还包括雷达高度计，其例如由Roke制造，安装在距离UAV 1的重心大约25cm处。
数据采集系统6位于航空电子设备隔室内，邻近UAV的传统的航空电子设备系统7，处于距离重心之前9cm的位置处。因而，数据采集系统6与主磁力仪4分开0.5m，这已经被发现是足以减小其磁噪声特征，并且因而可以影响主磁力仪4的读数的干扰。数据采集系统6与UAV 1的双频GPS(未示出)以及航空电子设备系统7接口，从而获得准确的位置数据，以使其与主磁力仪4的数据相关。数据采集系统6方便地将电能提供至主磁力仪4以及磁补偿磁力仪5。
数据采集系统6编程有由UAV 1使用的飞行计划，以飞行特定的勘测模式。飞行计划包括依次列出的一系列方位，它们可以通过每个相对于预选定的地理坐标的水平坐标和竖直坐标确定，这是基于三维x、y、z坐标系统。水平坐标具有在水平面内的相互垂直的x和y分量。竖直坐标具有垂直于水平面的z分量。优选地，飞行计划包括沿主磁力仪4的磁灵敏度最大的方向的较长的平行扫描，以及在成对扫描的末端处连接它们的较短的区段。然而，对于相关领域的技术人员容易清楚的是，其它公知的飞行计划可被用于地理勘测。
数据采集系统6存储来自GPS和航空电子设备系统7的勘测路径竖直坐标和水平坐标，并且定期地或实时地，将飞行中的飞行路径信息供应至UAV 1的导航系统(未示出)。
航空电子设备系统7包括自动飞行系统(未示出)，其使得UAV 1遵循从数据采集系统6依次地或实时地接收的飞行计划，从而在被勘测的区域之上较低的高度处飞行较长较直的路径。自动飞行系统(未示出)是足够准确的，从而允许UAV 1保持在由飞行计划的一系列方位所限定的每个路径的1米的范围内，其中所述飞行计划足以适于地理勘测的目的。优选地，随着UAV飞越勘测区域，数据采集系统基于由雷达高度计获得的高度测量值调整飞行器飞行计划的一系列方位，从而防止飞行器飞入地形或树木中，并且改进了UAV 1的地形随从路径。更加优选地，数据采集系统存储具有调整过的一系列方位的飞行器飞行计划，以便进一步的勘测。
应该清楚的是，主磁力仪4和磁补偿磁力仪5越靠近UAV 1中的传统的移动或辐射部分，例如推进系统8，或UAV 1中的电磁装置，例如发电机9，则从主磁力仪4所接收的测量值噪声就越大。如果这些辐射部分与延长的机身2中的磁力仪4、5之间的距离足够的话，则屏蔽是合适的。例如，为了减少到达主磁力仪4的噪声，发电机9被屏蔽，以吸收来自其的磁辐射。发电机9利用具有大致7.5cm长与4cm直径的尺寸的封闭端部的圆筒体被屏蔽。优选地，封闭端部的圆筒体是由金属制成。更加优选地，金属是高敏感性(high-susceptibility)、软磁金属，例如MagneticShield公司的Co-NeticTM金属。
为了减少由推进系统产生的振动，本发明使用发动机安装件11，以稳定UAV 1中的推进系统。在传统的UAV中，发动机安装件11包括振动吸收系统，其在UAV 1运行时稳定推进系统。在本发明中，振动吸收系统被加强，以在UAV 1运行的过程中最小化由发动机安装件11的移动所产生的振动频率，其中所述UAV1的运行可造成干扰主磁力仪4的读数。
为了进一步减小到达主磁力仪4的噪音，UAV 1的电线可被调整，以减小电流环，从而最小化由电线所产生的电场。通过以下方式减小电场，即去除互连UAV 1的电子系统(未示出)的地回路电线，并且使得所使用的正极和负极电线互连彼此相互紧邻的、UAV 1的电子系统(未示出)。优选地，正极和负极电线被延伸为绞合的对。
试验已经表明，通过屏蔽发电机9、稳定推进系统、重新构造电线、并且如下所述从磁异常测量值中减去由UAV 1运动所造成的任何响应，本发明的UAV 1允许考虑具有正好在1nT以下的噪声级别的磁异常测量值。
本发明的UAV 1还可包括位于UAV 1的翼尖14中的通信系统。翼尖14容纳用于与远程地面站通信的天线。通信系统允许勘测测量值从数据采集系统7至远程地面站的实时通信。为了超视线操作，铱星通信收发机安装在翼尖14中，以便传输勘测测量值。在其它结构中，飞行计划可以利用翼尖14中的通信系统可选地被实时地传输至数据采集系统7。
大体上，UAV被构造成用于海基和陆基操作。在过去，UAV已经利用汽车基或卡车基发射系统从地面发射，或者从位于船上的弹射器发射。
本发明的UAV 1优选地从任何陆基位置或者任何适合的船的甲板上利用由Insitu公司开发的气动SuperWedgeTM发射系统被发射。发射加速度为大约12G，并且发射速度为大约27m/s，处于相对于水平的12°与25°之间的角度。SuperWedgeTM发射器可在陆地上部署，也就是发射器可以是轮式的，或者安装在车辆上，或者其可被固定至船上。相关领域技术人员将容易地了解，其它合适的发射系统同样地可被用于发射本发明的UAV 1。
为了收回UAV 1，导航系统可被编程，以将UAV 1返回至发射场所或诸如开放领域的远程区域，从而避免诸如树木的路基障碍。
本发明的UAV 1优选地包括位于UAV 1的每个翼尖14上的钩部(未示出)。这使得UAV 1利用由Insitu公司开发的SkyhookTM收回系统被收回。UAV 1在根据其飞行计划的自我控制的状态下飞行到从SkyhookTM收回系统竖直伸展13.5m的竖直线材中。随着UAV 1在从数据采集系统6方向之下到达收回系统，钩部捕获竖直线材。钩部停止并且保持UAV 1，并且在UAV 1已经被捕获之后，航空电子设备系统脱离接合推进系统8。UAV 1相对于收回系统的定位通过UAV 1与SkyhookTM收回系统上的GPS接收器之间的不同的GPS完成，并且精度小至一厘米。应该清楚的是SkyhookTM收回系统本身可以部署在拖车上，或者连接至船，并且可与发射系统共用一个平台，这导致了极其便携和独立的系统。
本发明的UAV 1优选是由石墨复合材料制成，并且翼尖14优选利用玻璃纤维被制成，以加强整个UAV 1结构，同时最小化其重量。
参看图2，示出了图1的UAV 1的选定的部件的框图。图2示出了主磁力仪4以及磁补偿磁力仪5，它们分别连接至数据采集系统6。数据采集系统6反过来连接至航空电子设备系统7。
在运行中，本发明的UAV 1从SuperWedgeTM发射系统被发射。在预飞行操作的过程中，磁力仪安装件3被指向成最大化主磁力仪4沿勘测的预编程的飞行路径中的较长的扫描的主体方向的灵敏度。
在发射UAV 1之后，随着飞行器获得一定的高度和速度，数据采集系统6将勘测飞行计划传输至航空电子设备7的导航系统(未示出)，并且初始化磁异常测量值的记录，以及分别对应于来自主磁力仪4和磁补偿磁力仪5的俯仰、偏航以及摇摆测量值的磁数据的记录。针对主要的飞行路径，磁力仪4被指向成最大化其磁灵敏度。
随着UAV 1飞过勘测飞行计划，磁力仪4探测并且测量区域中的磁异常。随着UAV 1飞越勘测区域，UAV 1在地球的主地磁场中的运动造成了电流在UAV 1结构中的流动，产生了磁场，其掩饰了由主磁力仪所测量的测量值。在此被称为磁机动噪音的这些磁场必须与磁异常测量值隔离，从而具有针对区域的准确的勘测。
为了获得针对磁机动噪音的测量值，磁补偿磁力仪5测量对应于随着UAV飞越飞行计划的UAV 1的俯仰、偏航以及摇摆运动的磁数据。尽管UAV 1根据飞行计划而飞行，但是磁异常测量值以及对应于俯仰、偏航以及摇摆测量值的磁数据由数据采集系统6记录和存储，其中所述数据采集系统利用计算机软件，以对比对应于俯仰、偏航以及摇摆测量值的磁数据与来自主磁力仪4的变化响应，并且从磁异常测量值中去除由UAV 1确实造成的任何响应。
在本发明的一个特定实施例中，数据采集系统6还在UAV 1飞行的过程中接收来自雷达高度计的高度测量值，并且调整UAV1的飞行计划，以防止撞到路基障碍，例如地球的地形、其上的残骸或者树木。在本发明的另一实施例中，数据采集系统6利用高度测量值调整所存储的飞行计划，从而进一步的勘测可以并不突然地飞行完成。
在飞行计划已经被完成之后，UAV 1通过飞行计划被引导，以返回至收回场所，其可以是发射场所附近的特定的陆地或海洋位置。UAV 1到达SkyhookTM收回系统，在那里，其以上述方式被收回。可选地，UAV 1可被允许着路在平坦的开阔地形上。
应该理解的是，在此所述的优选实施例仅仅示意性说明了本发明。在不脱离在此所述的本发明的所旨在的范围以及领域的前提下，本发明的结构以及用法中的多种改型可认为是符合权利要求书。
(按照条约第19条的修改)1.一种用于地理勘测特定区域的无人飞行器，其包括导航系统，用于存储将被横越的多个路点，所述无人飞行器包括第一磁力仪，其被指向成探测并测量所述特定区域内的磁异常；第二磁力仪，用于测量对应于所述飞行器的俯仰、偏航以及摇摆的磁响应；数据采集系统，其操作性连接至所述第一磁力仪和第二磁力仪，以便存储所述磁异常测量值以及对应于俯仰、偏航以及摇摆测量值的磁响应，并且将所述磁响应测量值从所述磁异常测量值中去除；并且所述数据采集系统中保存有飞行器飞行计划，其依次列出了一系列坐标，并且适于将至少一个坐标传输至所述导航系统，以更新所述多个路点。
2.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述第一磁力仪的指向可相对于无人飞行器的指向转动。
3.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，还包括安装件，其可转动地紧固至所述机身，并且被构造和布置成紧固所述第一磁力仪。
4.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述第一磁力仪和所述第二磁力仪容纳在所述飞行器的机首区域内。
5.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述第一磁力仪选自以下一种铯蒸汽质子旋进磁力仪、光泵型质子旋进磁力仪、质子进动效应型质子旋进磁力仪、三轴磁力仪、三轴磁通脉冲磁力仪。
6.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述第二磁力仪是三轴磁通脉冲磁力仪。
7.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，每个坐标包括处于水平面内的一对相互垂直的第一分量和第二分量。
8.根据权利要求7所述的无人飞行器，其特征在于，每个坐标包括垂直于所述水平面的竖直坐标。
9.根据权利要求7所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器随从于一飞行路径，其处在所述区域的地形特征之上恒定的高度。
10.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，还包括雷达高度计，以便测量所述飞行器的高度。
11.根据权利要求10所述的无人飞行器，其特征在于，所述雷达高度计操作性连接至所述数据采集系统，所述数据采集系统接收并且存储来自所述雷达高度计的高度测量值。
12.根据权利要求11所述的无人飞行器，其特征在于，所述数据采集系统使用所述高度测量值以调整所述飞行路径，以防止与路基障碍物接触。
13.根据权利要求11所述的无人飞行器，其特征在于，所述数据采集系统利用所述高度测量值调整所述飞行路径，以将所述飞行器维持在所述区域的地形特征上的固定的高度处。
14.根据权利要求10所述的无人飞行器，其特征在于，所述数据采集系统存储来自所述雷达高度计的高度测量值。
15.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述数据采集系统将所述至少一个坐标实时地传输至所述导航系统。
16.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述数据采集系统将所述至少一个坐标定期地传输至所述导航系统。
17.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，还包括通信子系统。
18.根据权利要求17所述的无人飞行器，其特征在于，坐标信息可经由所述通信子系统从地面站传输至所述数据采集系统。
19.根据权利要求17所述的无人飞行器，其特征在于，磁异常测量值可经由所述通信子系统传输至地面站。
20.根据权利要求17所述的无人飞行器，其特征在于，所述通信子系统容纳在所述飞行器的翼尖中。
21.根据权利要求17所述的无人飞行器，其特征在于，所述通信子系统容纳在所述飞行器的机身中。
22.根据权利要求17所述的无人飞行器，其特征在于，所述通信子系统包括天线，从而坐标信息可通过视线通信的方式从所述地面站传输至所述导航系统。
23.根据权利要求17所述的无人飞行器，其特征在于，所述通信子系统包括卫星接收机，从而在所述飞行器位于所述地面站的视线外侧时，坐标信息可从所述地面站传输至所述导航系统。
24.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器适于从发射系统上被发射。
25.根据权利要求22所述的无人飞行器，其特征在于，所述发射系统是固定的。
26.根据权利要求25所述的无人飞行器，其特征在于，所述发射系统是弹射器。
27.根据权利要求24所述的无人飞行器，其特征在于，所述发射系统是可移动的。
28.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器适于通过止动线材被收回。
29.根据权利要求28所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器沿连接至所述飞行器的机身的机翼接合所述止动线材。
30.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器适于在海洋上飞行。
31.根据权利要求30所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器适于从船上被发射。
32.根据权利要求30所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器适于在船上被收回。
33.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，还包括机身，其适于容纳所述第一磁力仪和第二磁力仪。
34.根据权利要求33所述的无人飞行器，其特征在于，所述机身是细长的，以增加所述第一磁力仪和第二磁力仪与推进系统的间隔。
35.根据权利要求34所述的无人飞行器，其特征在于，所述第一磁力仪和第二磁力仪与所述推进系统的间隔最小为1m。
36.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述推进系统被稳定，以减少来自其的任何振动辐射。
37.根据权利要求33所述的无人飞行器，其特征在于，所述机身是细长的，以增加所述第一磁力仪和第二磁力仪与航空电子设备系统的间隔。
38.根据权利要求37所述的无人飞行器，其特征在于，所述第一磁力仪和第二磁力仪与所述航空电子设备系统的间隔最小为0.5m。
39.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，还包括发电机，其将电能提供至所述飞行器，所述发电机被屏蔽，以减小来自其的任何磁辐射或电辐射。
40.根据权利要求39所述的无人飞行器，其特征在于，所述发电机利用封闭端部的圆筒体被屏蔽。
41.根据权利要求40所述的无人飞行器，其特征在于，所述封闭端部的圆筒体是由高敏感性、软磁金属构成。
权利要求
1.一种用于地理勘测特定区域的无人飞行器，其包括机身、将电能提供至所述飞行器的各系统的发电机、推进系统以及具有导航系统的航空电子设备系统，并且还包括第一磁力仪，其被指向成探测并且测量特定区域内的磁异常；第二磁力仪，其用于测量对应于所述飞行器的俯仰、偏航以及摇摆的磁响应；数据采集系统，其操作性连接至所述第一磁力仪和第二磁力仪，以便存储所述磁异常测量值以及对应于所述俯仰、偏航以及摇摆测量值的磁响应，并且将所述磁响应测量值从所述磁异常测量值中去除；所述数据采集系统操作性连接至所述航空电子设备系统，以便传输存储在所述数据采集系统中的导航信息，从而控制所述飞行器的飞行路径；其中所述机身适于容纳所述第一磁力仪和所述第二磁力仪；并且所述第一磁力仪和所述第二磁力仪与所述推进系统和所述航空电子设备系统间隔开，以使得减少来自它们的任何磁干扰。
2.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述机身是细长的，以增加所述第一磁力仪和第二磁力仪与所述推进系统的间隔。
3.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述机身是细长的，以增加所述第一磁力仪和第二磁力仪与所述航空电子设备系统的间隔。
4.根据权利要求2所述的无人飞行器，其特征在于，所述第一磁力仪和所述第二磁力仪与所述推进系统的间隔最小为1m。
5.根据权利要求3所述的无人飞行器，其特征在于，所述第一磁力仪和所述第二磁力仪与所述航空电子设备系统的间隔最小为0.5m。
6.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述第一磁力仪的指向可相对于所述UAV的指向转动。
7.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，还包括特定的安装件，其可转动地稳固至所述机身，并且被构造和布置成稳固所述第一磁力仪。
8.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述磁力仪容纳在所述机身的机首区域中。
9.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述推进系统被稳定，以减小来自其的任何振动辐射。
10.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述发电机被屏蔽，以减少来自其的任何磁辐射或电辐射。
11.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述发电机利用封闭端部的圆筒体被屏蔽。
12.根据权利要求11所述的无人飞行器，其特征在于，所述封闭端部的圆筒体是由高敏感性、软磁金属构成。
13.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述第一磁力仪选自以下一种铯蒸汽质子旋进磁力仪、光泵型质子旋进磁力仪、质子进动效应型质子旋进磁力仪、三轴磁力仪或三轴磁通脉冲磁力仪。
14.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述第二磁力仪是三轴磁通脉冲磁力仪。
15.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述导航信息包括飞行器飞行计划，其依次列出了一系列方位，其中所述方位分别由相对于预定地理坐标的水平坐标和竖直坐标被确定，所述水平坐标具有在水平面内的相互垂直的第一分量和第二分量，并且所述竖直坐标垂直于所述水平面。
16.根据权利要求15所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器飞行路径实时地从所述数据采集系统被传输至所述导航系统。
17.根据权利要求15所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器飞行路径定期地从所述数据采集系统传输至所述导航系统。
18.根据权利要求15所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器飞行计划限定了针对所述飞行器的地形随从路径。
19.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述导航信息包括飞行器飞行计划，其依次列出了一系列方位，其中每个方位是由相对于预定的地理坐标的水平坐标确定，所述水平坐标具有在水平面中的相互垂直的第一分量和第二分量。
20.根据权利要求19所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器飞行路径实时地从所述数据采集系统传输至所述飞行器的所述导航系统。
21.根据权利要求19所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器飞行路径定期地从所述数据采集系统传输至所述飞行器的所述导航系统。
22.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述导航信息包括飞行器飞行计划，其依次列举了一系列方位，其中每个方位是由竖直坐标确定。
23.根据权利要求22所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器飞行路径实时地从所述数据采集系统传输至所述飞行器的所述导航系统。
24.根据权利要求22所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器飞行路径定期地从所述数据采集系统传输至所述飞行器的所述导航系统。
25.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器适于从发射系统被发射。
26.根据权利要求25所述的无人飞行器，其特征在于，所述发射系统是固定的。
27.根据权利要求25所述的无人飞行器，其特征在于，所述发射系统是可移动的。
28.根据权利要求26所述的无人飞行器，其特征在于，所述发射系统是弹射器。
29.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器适于无需着路地收回。
30.根据权利要求29所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器适于由止动线材收回。
31.根据权利要求30所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器沿连接至所述机身的机翼接合所述止动线材。
32.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器适于在海洋上飞行。
33.根据权利要求32所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器适于从船上发射。
34.根据权利要求32所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器适于在船上被收回。
35.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，还包括通信系统，以便将所述磁异常测量值传输至远程方位。
36.根据权利要求35所述的无人飞行器，其特征在于，所述通信系统容纳在所连接至所述机身的机翼的翼尖中。
37.根据权利要求1所述的无人飞行器，其特征在于，还包括用于测量飞行器高度的雷达高度计。
38.根据权利要求37所述的无人飞行器，其特征在于，所述雷达高度计操作性连接至所述数据采集系统，所述数据采集系统接收并且存储来自所述雷达高度计的高度测量值。
39.根据权利要求38所述的无人飞行器，其特征在于，所述数据采集系统利用所述雷达高度计的测量值调整所述导航信息，从而防止所述飞行器碰撞路基障碍物。
40.根据权利要求38所述的无人飞行器，其特征在于，所述数据采集系统利用所述雷达高度计的测量值调整所述导航信息，以改进所述飞行器的地形随从路径。
41.根据权利要求39或40所述的无人飞行器，其特征在于，所述调整后的导航信息存储在所述数据采集系统中。
全文摘要
一种无人飞行器(UAV)，用于在陆地上或水面上较低高度处采集用于地理勘测的航磁数据，包括延伸的机身，其适于保持并且维持磁力仪，以及磁补偿磁力仪，其处于从所述UAV的航空电子设备系统和推进系统的最小距离处。所述磁力仪测量磁异常，并且所述磁补偿磁力仪测量对应于所述UAV的俯仰、偏航以及摇摆的磁响应。数据采集系统存储并将磁响应测量值从磁异常测量值中去除。数据采集系统还存储勘测飞行计划，并且将其传输至航空电子设备系统。UAV的发电机被屏蔽，并且推进系统被稳定，以减小可影响所述磁力仪的运行的磁和振动噪音。
文档编号G01V3/40GK101044416SQ200580034465
公开日2007年9月26日 申请日期2005年10月11日 优先权日2004年10月8日
发明者菲利普·约翰·迈尔斯, 理查德·托马斯·帕特纳, 肯尼斯·罗纳尔多·基勒, 特伦斯·詹姆斯·麦康奈尔 申请人:菲格鲁空中勘测公司