БЕСПИЛОТНЫЙ КОМПЛЕКС ДИСТАНЦИОННОГО МАГНИТОМЕТРИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ СРЕД (БКДМ)

Предлагаемая полезная модель предназначена для измерения модуля полного вектора магнитной индукции с беспилотного автопилотируемого летательного аппарата и относится к области аэромагнитных исследований.
Из существующего уровня техники известен аэрогеофизический комплекс [1], содержащий размещенные на летательном аппарате блок измерителей параметров геофизических полей и модуль спутниковой навигации, входы-выходы которых подключены к блоку сбора и обработки информации, при этом блок измерителей параметров геофизических полей включает магнитометрический модуль, включающий датчики магнитометрической информации. В качестве летательного аппарата используется двухместный сверхлегкий самолет серии СП-34 массой 495 кг с крейсерской скоростью 100 км/ч с возможностью обеспечения альтитуды полета h=5-15 м над поверхностью земли. Блок измерителей параметров геофизических полей включает, по меньшей мере, три датчика магнитометрической информации, два из которых размещены на крыльях, а третий - на киле хвостового оперения летательного аппарата. Данный комплекс предусматривает использование беспилотного дистанционно управляемого летательного аппарата. Чувствительность датчиков составляет 0,5-1,0 нТл. Корпусы измерителей, размещенных на крыльях, хвостовом оперении и на нижней части фюзеляжа, выполнены обтекаемой формы. Модуль спутниковой навигации выполнен в виде аппаратуры дифференциальных спутниковых систем «Навстар» и/или «Глонасс», которая размещена в фюзеляже летательного аппарата. Блок сбора и обработки информации, выполненный в виде портативного персонального компьютера ноутбук, размещен в фюзеляже и снабжен накопителем информации. Недостатками данного технического решения являются необходимость наличия или обустройства взлетно-посадочной площадки, вследствие этого область применения данного комплекса ограничена; риски, связанные с присутствием людей на борту аэрогеофизического комплекса и необходимость привлечения высококвалифицированного летного персонала для проведения полетов на сверхмалых высотах. В случае применения дистанционно управляемого беспилотного летательного аппарата имеет место малый радиус действия (при прямой видимости сотни метров) и необходимость наличия хорошего специалиста оператора для координации и привязки пролета летательного аппарата к профилям измерений.
Также из существующего уровня техники известен квантовый аэромагнитометр [2], который позволяет реализовать чувствительность квантового магнитометра при его использовании на вертолете с жестким креплением магниточувствительного блока к фюзеляжу. В аэромагнитометре используется быстродействующий квантовый магнитометр. Информация от дополнительных измерителей - трехкомпонентного магнитометра, датчиков тока - позволяет эффективно подавлять помехи от эволюции вертолета и от изменения режимов работы его электрооборудования. Винтовая помеха фильтруется в бортовом компьютере. Это исключает необходимость применения датчика оборотов воздушного винта и блока регулировки фазы. Недостатками данного технического решения являются также, как и в предыдущем случае, необходимость наличия квалифицированного экипажа и высокая стоимость летных часов, сложность учета девиации. В труднодоступных районах Западной Сибири, удаленных от мест базирования гражданской авиации, непроизводительные затраты составляют до 40%.
Наиболее близким к заявленному техническому решению в случае применения беспилотного летательного аппарата известен автоматический беспилотный диагностический комплекс [3], содержащий дистанционно-пилотируемый летательный аппарат, включающий планер, силовую установку с поршневым двигателем, систему автоматического управления с блоком управления бортовыми системами, содержащую инерциальную навигационную систему, приемную аппаратуру спутниковой навигационной системы, систему воздушно-скоростных сигналов, радиовысотомер малых высот и вычислитель действительных координат, систему автоматического дистанционного управления полетом летательного аппарата и работой его систем, включающую приемную аппаратуру командного радиоуправления, радиоретрансляционную систему, систему автоконтроля работы бортовых систем, радиотелеметрическую систему, систему посадки и выпуска парашюта, систему управления двигателем, вычислитель системы автоматического управления, радиомаяк, систему диагностики состояния магистральных трубопроводов и блок управления системой диагностики, размещенные в фюзеляже летательного аппарата, а также мобильный наземный пункт управления, содержащий радиотелеметрическую систему, телевизионную систему, стартовую катапульту и пульт управления, при этом радиотелеметрическая система выполнена в виде двух радиостанций, размещенных на дистанционно-пилотируемом летательном аппарате и наземном пункте управления соответственно, каждая из которых содержит последовательно включенные синхронизатор, генератор псевдослучайного кода, синтезатор несущих частот, фазовый манипулятор. Недостатком данного измерительного комплекса является возможность появления помех при обмене радиотелеметрической и командной информацией между дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом и наземным пунктом управления. Также недостатком является невозможность установки датчиков для измерения магнитного поля земли на корпусе применяемого беспилотного летательного аппарата ввиду наличия в конструкции большого количества магнитных элементов.
Анализ результатов предварительно проведенного патентного поиска позволяет сделать следующие выводы:
а) основное количество патентов посвящено установке магниточувствительных датчиков на различные типы самолетной и вертолетной техники;
б) существуют единичные патенты, посвященные установке магнитных датчиков на дистанционно-управляемые беспилотные летательные аппараты, что ограничивает радиус применения.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в расширении арсенала технических средств, в области аэромагнитных исследований, а также позволяющее осуществлять поиски, оценку и мониторинг состояния месторождений полезных ископаемых и техногенно-минеральных образований.
БКДМ предназначен для измерения модуля полного вектора магнитной индукции, электромагнитного излучения природных объектов и относится к области аэрогеофизических исследований.
Аппаратная часть БКДМ состоит из: корпуса беспилотного летательного аппарата(БПЛА) самолетного типа, выполненного из немагнитных (композитных) материалов; сервоприводов и электроники, перенесенных в центральную часть БПЛА; световода, проложенного внутри неразборного крыла; пенополистироловых армированных стекловолокном крыльев, заменяющих крылья из пенопласта; тяг из полиэтилена и ABS-пластика, заменяющих металлические тяги; ДВС (двигателя внутреннего сгорания) компрессионного типа без генератора без стартера, расположенного в задней части БПЛА вместо электрического двигателя; бортового компьютера и автопилота; расположенного на одном из крыльев магниточувствительного квантового рубидиевого датчика чувствительностью 30-50  с оптической накачкой и наземной станции управления. БПЛА может представлять собой адаптированный по аэродинамике аппарат легкого типа среднего радиуса действия. Взлетная масса которого от 5 до 7,5 кг. Размах крыльев до 300 см. Радиус действия 75-100 км. Рабочая высота 50-300 м. Запуск осуществляется с катапульты.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение точности измерения полного вектора индукции магнитного поля. Высокая точность измерений магнитного поля достигается засчет применения немагнитных материалов конструктивных элементов БПЛА и удаления магниточувствительного элемента от ДВС на 150 см.
Сущность технического решения поясняется чертежами, на которых представлена схема компоновки аэромагнитного комплекса с расположением одного магниточувствительного датчика на конце крыла (фиг. 1) и составные элементы, также входящие в БКДМ (фиг. 2)
БКДМ также включает в себя:
1 - БПЛА,
2 - датчик магниточувствительный,
3 - источник спектрального излучения,
4 - модуль управления,
5 - фотоаппарат,
6 - бортовой компьютер,
7 - навигационный модуль,
8 - КРЛ (командную радиолинию),
9 - антенну КРЛ,
10 - ДВС,
11 - боуден,
12 - сервопривод,
13 - противовес,
14 - световод,
15 - МВС(магнито-вариационную станцию),
16 - кейс для транспортировки,
17 - катапульту
18 - персональный компьютер.
Данные составные элементы смонтированы на корпусе БПЛА легкого типа среднего радиуса действия с расположением двигателя в задней части.
Работает устройство следующим образом: на месте проведения аэромагнитных исследований собирается катапульта. Полетное задание автопилота БКДМ формируется в персональном компьютере. Осуществляется запуск с катапульты. Во время пролета над территорией исследования осуществляется комплекс измерений - модуля полного вектора магнитной индукции и мультиспектральных снимков, а также синхронизация со временем и навигационным модулем (скорость записи координат 10 раз в секунду). Параллельно ведется съемка с наземной МВС с целью учета магнитных вариаций. Посадка БПЛА осуществляется посредством парашюта.
Источники информации.
1. Патент RU 117647 – прототип.
2. Патент на полезную модель RU 50319.
3. Патент на полезную модель RU 2503038.