AARC51航磁数据采集、记录及实时补偿系统

航空物探仪器设备航磁采集及补偿设备航空物探

航磁测量的采集数据质量很大程度上取决于补偿的效果。尽管现代磁力计有非常高的灵敏度,目标磁异常信号随距离的3次方或4次方衰减,在没有很好的补偿的情况下,探测目标的信号很容易被附近飞机磁场的干扰完全掩盖。

飞机的磁场干扰和飞机主轴的运动有关——数学模型可准确反映飞行器的磁场特征。优化了的模型,加上顶尖的硬件和固件技术框架,实现有效的消除飞机磁干扰的实时补偿能力。

RMS仪器公司的AARC51数据收录系统和自适应实时补偿器可以给固定翼飞机、直升机和无人机提供机载系统的磁干扰实时补偿,使高灵敏度磁力仪的高分辨率得到有效利用。补偿解决永磁、电磁感应磁性以及涡流的影响,同时也消除了传感器的转向误差。

RMS仪器公司的新补偿技术基于一个灵活的集成了双核32位处理器的构架。它包含了先进的COTS(工业级)电子设备,以及一个精度非常高的磁力仪接口。

前端采样率最高能达到1280赫兹。通过精细的调谐,用户可选的传递函数提供杰出的信号保真特征。用户也可以在特定的应用中定制前端处理单元(例如,降低直升机转子系统的影响)。应用软件和实时操作系统 (RTOS)安装在闪存里。RTOS是 QNX 6.5 (或者更新的版本)。这是根据关键任务应用配置的确定并且可靠的操作系统,确保能满足严格的时序约束的任务。

系统包含一套三轴磁力仪。信号经过一个高分辨率的16位A/D 转换器。软件包括方便使用的用户界面,一系列数据分析和故障检查的程序。

-单磁力仪通道
-实时补偿
-磁力仪和通用数据采集
-结构紧凑,轻便,低功耗
-适于无人机
-<1.8Kg; 133 x 133 x 216 mm
-+28 VDC, 3A
-前端采样率,高达1280赫兹
-磁力仪处理器:0.32pT分辨率,内部系统噪音<0.1pT
-成熟,可靠的实时补偿算法(继承AADCII的特性)
-自适应信号处理技术
-特定情况下可以定制前端处理单元
-外置GPS接收机接口
-数据输出和记录(内置闪存):10,20 ,40 Hz或外部触发
-后补偿和分析功能
-机载电子系统的动态补偿
-外接显示器实时显示操控界面和图形
-2个模拟输入通道,可接如雷达/激光高度计等
-通过以太网采集数据
-通过任何Windows平台进行完全的监视和控制(通过网口或者通过因特网远程控制)
-基于先进的32位处理器的硬件和固件架构
-实时操作系统(RTOS):QNX 6.5

实时补偿的优势

优质的航磁测量需要实时监控补偿后数据,以便及时发现问题并迅速纠正。标准的勘探用飞机的磁场特性在飞行时是很容易发生变化的。通过监测非补偿数据想要检测到这些变化几乎是不可能的。单靠飞行后补偿不亚于“盲测”。通过消除昂贵的容易出错的后补偿,实时补偿可以增加产出率,效率和节省成本。

标定及标定解

AARC51使用3轴磁通门磁力仪监测飞机运动时产生的滚动、俯仰和转向等姿态的变化产生的磁场的变化。在约6 – 8分钟标定运行模式下,飞机姿态数据和磁力计传感器读数等数据通过一个复杂的模型可以得出一个约有30个项目的解。

这个解是一个综合的数学模型,它准确地描述了飞机飞行时的磁场干扰。它是标定姿态完成后马上就计算出来的。它可以立即用于补偿运行模式下或进一步分析以及与其他解进行比较。

AARC51无需后补偿软件。系统使用全方位360º的数据的到一个可靠的解。如果需要,在没有采集到360º数据的情况下,AARC51可以对特定活动区域进行标定,并给出一个解。此外,任何局部标定的解都可以结合在一起得到一个完整的解。

补偿——总场和梯度

补偿运行模式下测量高灵敏度磁力仪的总场值,使用之前得到的解进行实时校正。3轴矢量磁力计的数据和磁力仪的补偿和未补偿数据以及其他附属数据,都被实时记录在闪盘或硬盘上以及可以实时监测。

自适应补偿

AARC51包含复杂的自适应信号处理技术,可以不断从输入信号“学习”,从而调整补偿系数得到最优解。这可以提高带通和梯度补偿(减小几倍的残差),简化校准程序。其他新的方法不断被开发,并且可以容易地并入该系统,这要感谢其灵活的架构。

机载电子系统动态补偿

AARC51结合新技术,可以进行机载电子系统直流电子干扰的实时动态补偿,例如电台,航空电子设备,内部通讯系统,液压泵和其他仪器等。补偿模型通过一个简单的“标定”程序,计算一系列的参数后的到扩展。机载电子补偿系统对用户而言非常有用——它简化了航磁测量人员的操作,增强了鲁棒性和耐电性,改善了整体补偿性能。这个技术适用于固定或变化电流的设备,最多可以同时进行2个通道的机载电子设备的补偿。

磁力计输入信号: 单高灵敏度磁力仪探头通道
Cs: 频率. 70 kHz-350kHz
磁场测量范围: 各种磁力计的测量范围; 例如: [1]
G-822A, G-823A: 20,000 – 100,000 nT
CS-3, CS-VL, CS-L: 15,000 – 105,000 nT
前端 (FE): 时基: > 100 MHz, OCXO
分辨率: 0.32 pT [2]
系统噪声: σ < 0.1 pT [3]
温度稳定性: ≈±5ppb[4]
采样率: 160, 640, 800 or 1280 Hz –用户可选
传递函数(带宽): 1.6 Hz, 3.25 Hz, 6.4 Hz, 9.8 Hz, 20 Hz, 0.16FSH, 或者用户定制。
补偿性能: 固定翼,直升机:改正比(IR) (总场): 10 – 20,标准值
(自适应补偿进一步改善,提高2倍-5倍,带通总场)
UAV: 待定
补偿精度:
固定翼, 直升机:对于整个飞行测线σ ≈ 20 pT, 0–1Hz
UAV: 待定
滤波器(主机): 用户可选, 0.4–3.0 Hz 带宽
标定时间: 6–8 min
矢量磁力仪: 包含于 AARC51
3-轴磁通门
过采样, 16-bit, 自校准模数转换器
OBE 补偿: 最多2个独立通道机上电子动态补偿
需要模拟前端采集模块选项
数据输出和记录: 采样率 (FSH): 10, 20, 40Hz, 外部触发, 外部-PPS –用户可选
网口:TCP/IP包,ASCII/Binary
记录介质: 闪存盘(≥16 GB), USB闪存
外接显示器(RGB)
事件输入/GPS同步: 从外部GPS获得PPS触发信号
2个事件输入通道
LS-TTL 电平, 边缘敏感
输出数据中有事件标签
精确度: 每个前端采样周期
原始数据记录: 前端采样率有1-MB的缓冲区
前端采样模拟模块: 2通道独立输入
16-bit 的分辨率, 自校准模数转换器
输入范围: ±5 V
输入电阻: 1 MΩ, 典型
远程控制: 任何Windows系统的计算机, 通过网口连接就可以登录到AARC51的操作界面。
指示器,通用I/O: 1LEDs显示磁力仪状态
三个USB2.0接口
10/100/1000-TX网口(RJ45)
模拟RGB接口(15-pin D-sub)
外部GPS接收器: 任何能通过串口 (RS232) (达到10 Hz)输出标准NMEA GGA格数数据,带PPS 触发的GPS接收器
后补偿: 对AARC51的binary d-文件进行后补偿和分析功能
电源: +28 VDC ± 6 VDC, 3 A (包括磁力仪)
环境要求: 工作温度: 0到+50ºC
存储温度: –20到+55ºC
相对湿度: 0到99%,non-cond.
高度: 0 – 6,000 米 (0 – 20,000 英尺)
尺寸: (宽 x高 x 长): 133 x 133 x 216 mm,
重量: <1.8Kg (4.0lb)(不包括外部连接电缆和其他硬件和传感器等)
注释: [1] 磁力仪型号和生产厂家:
CS-3, CS-L (Scintrex)
[2] 625-msec 的integration period, 带宽1.6-Hz.
[3] 625-msec 的integration period, 带宽1.6-Hz. 10Hz
[4] 在运行时, -20到70 ºC, <35ppb
[5] 这是G822A型磁力仪说的, 对其他传感器会有变化。