Устройство для геофизических исследований

Полезная модель относится к области геофизики и может быть использована для выполнения геофизических измерений, таких как геомагнитные измерения, георадарная разведка, электроразведка, радиоизотопные измерения, измерения формы рельефа, мультиспектральное картирование.
Известен беспилотный аэромагнитный комплекс коптерного типа, включающий расположенные на подвешенном на тросе выпускном диске, магниточувствительный датчик для измерения модуля полного вектора магнитной индукции, датчик GPS, стабилизатор и измерительный блок(см, патент RU на полезную модель №173640, G01V 3/16, 2016).
Недостатком данного устройства является низкая эффективность исследований за счет ограниченной функциональности из-за невозможности ручного маловысотного пилотирования, низкое качество измерений из-за расположения антенны приемника ГНСС, т.к. летательный аппарат заслоняет часть небосвода и создает электромагнитные помехи.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является комплекс для беспилотной аэромагниторазведки, состоящий из беспилотного летательного аппарата с шасси и с прикрепленным к нему магнитометром, при этом в качестве беспилотного летательного аппарата используется мультироторный летательный аппарат, состоящий из рамы с лучами, к которой прикреплены двигатели с винтами, регуляторы вращения двигателей, аккумуляторная батарея, полетный контроллер с GPS-антенной и магнитометр, при этом магнитометр прикреплен к раме с применением виброгасящей прослойки и состоит из блока управления, включающего магнитоизмерительный преобразователь и контроллер магнитометра, складного подвеса и выносного датчика, причем датчик жестко присоединен к концу складного подвеса, а другим концом подвес прикреплен к блоку управления, кроме того, датчик соединен с блоком управления кабелем (см. патент на полезную модель №172078, В64С 39/02, 2016).
Недостатком данного устройства является низкая эффективность исследований из-за невозможности проведения различных геофизических измерений, низкое качество измерений из-за несинхронной записи условий измерений, а именно координат комплекса и времени.
Техническим результатом является повышение эффективности геофизических исследований за счет выполнения целого комплекса геофизических измерений на больших площадях и в условиях труднопроходимой местности и уменьшения времени и затрат на исследования и повышение качества геофизических исследований за счет устранения электромагнитных помех и совместной обработки данных ГНСС и данных гироскопа/акселерометра.
Технический результат достигается в беспилотном геофизическом комплексе, включающем мультироторный летательный аппарат, состоящий из рамы с лучами, к которой прикреплены по меньшей мере четыре электродвигателя, регуляторы скорости двигателя, система управления полетом с трехосевым гироскопом, трехосевым акселерометром и барометром, геофизические приборы, приемник сигналов ГНСС с антенной, блок данных индикаторов полета, система синхронного сбора данных измерений, выполненных геофизическими приборами, и данных блока индикаторов полета, курсовая камера, соединенная с блоком аналоговой видеопередачи изображения, при этом приемник сигналов ГНСС установлен с возможностью работы с по меньшей мере двумя основными гражданскими сигналами ГНСС и обеспечения частоты измерений не менее 10 Гц, антенна выполнена двухдиапазонной и жестко закреплена на нерастяжимой поддерживающей платформе и установлена соосно вертикальной оси гироскопа, а в качестве геофизических приборов используют по меньшей мере один прибор, выбранный из группы: камера видимого диапазона, мультиспектральную камера, сканирующий лидар, магнитометр, гравиметр, радоновый датчик, георадар, устройство для электроразведки.
Беспилотный геофизический комплекс поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид беспилотного геофизического комплекса, на фиг. 2 - изометрическая проекция беспилотного геофизического комплекса.
Беспилотный геофизический комплекс включает мультироторный летательный аппарат 1, состоящий из рамы 2 с лучами 3, к которой прикреплены по, меньшей мере четыре электродвигателя 4, регуляторы скорости двигателя 5, количество которых соответствует количеству электродвигателей 4, система 6 управления полетом с трехосевым гироскопом 7, трехосевым акселерометром 8 и барометром 9, геофизические приборы 10, приемник 11 сигналов ГНСС с антенной 12, блок 13 данных индикаторов полета, система 14 синхронного сбора данных измерений, выполненных геофизическими приборами, и данных индикаторов полета, курсовая камера 15, соединенная с блоком 16 аналоговой видеопередачи изображения, источник питания 17, представляющий собой по меньшей мере одну аккумуляторную батарею, радиомодем 18 для связи с компьютером оператора, компас 19, приемник сигналов управления внешнего пилота 20. В качестве геофизических приборов используют по меньшей мере один прибор, выбранный из группы: камеру видимого диапазона, мультиспектральную камеру, сканирующий лидар, магнитометр, гравиметр, радоновый датчик, георадар или устройство электроразведки. Приемник 11 сигналов ГНСС установлен с возможностью работы с по меньшей мере двумя основными гражданскими сигналами ГНСС и обеспечения частоты измерений не менее 10 Гц. Антенна 12 выполнена двухдиапазонной и жестко закреплена на нерастяжимой под держивающей платформе 21 и установлена соосно вертикальной оси гироскопа, т.е. ее фазовые центры расположены соосно вертикальной оси гироскопа.
Беспилотный геофизический комплекс работает следующим образом.
Каждый из электродвигателей 4 мультироторного летательного аппарата 1 управляется регулятором скорости 5, который, в свою очередь, подключен двухсторонней связью к системе управления полетом 6. Система 6 управляет регуляторами скорости 5 таким образом, чтобы достичь поставленных целевых условий в маршруте движения или целевых условий, поставленных внешним пилотом при помощи аппаратуры управления, посылающей команды на приемник 20 сигналов управления. Внешний пилот получает изображение с курсовой камеры 15 посредством блока 16 аналоговой видеопередачи изображения. Целевые условия - это показания углов наклона или скоростей изменения углов наклона (по трем осям), величины подъемной силы, направления и географической позиции, а также относительной, абсолютной и/или истинной высоты. Регуляторы 5 скорости сообщают системе управления полетом 6 текущие обороты двигателей и ток потребления. Эта информация, а также показания барометра 9, компаса 19, гироскопа 7, акселерометра 8 и напряжение питания источника 17 используется системой 6 для управления полетом и сохраняется для передачи в систему 14 синхронного сбора данных измерений, выполненных геофизическими приборами, и данных индикаторов полета. Мультироторный летательный аппарат 1 производит полет по заранее заданной траектории, либо пилотируется вручную. Во время полета установленные на борту геофизические приборы 10 выполняют измерения и передают их в систему 14 синхронного сбора данных измерений, выполненных геофизическими приборами, и данных индикаторов полета с блока 13, а именно показания барометра 9, гироскопа 7, акселерометра 8, обороты электродвигателей 4, ток потребления электродвигателей 4, показания компаса 19, а также исходные спутниковые измерения, полученные с приемника 11 сигналов ГНСС. После завершения маршрута или допустимого исчерпания емкости батареи источника питания 17 мультироторный летательный аппарат 1 возвращается в точку старта автоматически или вручную, где производится посадка. Все собранные данные передаются для обработки по радио при помощи радиомодема 18. Антенна ГНСС 12 жестко закреплена на нерастяжимой поддерживающей платформе 21 и установлена соосно вертикальной оси гироскопа. Такая установка повышает качество геофизических исследований за счет устранения электромагнитных помех и совместной обработки данных ГНСС и данных гироскопа/акселерометра.
Предложенный беспилотный геофизический комплекс повышает эффективность геофизических исследований за счет выполнения целого комплекса геофизических измерений на больших площадях и в условиях труднопроходимой местности и уменьшения времени и затрат на исследования, повышает качество геофизических исследований и точность измерений.