RU201918U1

RU201918U1 - Geophysical Survey Device

Info

Publication number: RU201918U1
Application number: RU2020128261U
Authority: RU
Inventors: Кирилл Игоревич Холодков; Станислав Дмитриевич Иванов; Владимир Николаевич Корягин; Игорь Михайлович Алёшин; Федор Викторович Передерин; Игорь Николаевич Холодков
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2021-01-21

Abstract

Полезная модель 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 поддерживающей платформе 21 и установлена соосно вертикальной оси гироскопа, т.е. ее фазовые центры расположены соосно вертикальной оси гироскопа. 2 ил.The utility model includes a multi-rotor aircraft 1, consisting of a frame 2 with beams 3, to which are attached at least four electric motors 4, engine speed controllers 5, the number of which corresponds to the number of electric motors 4, a flight control system 6 with a three-axis gyroscope 7, three-axis accelerometer 8 and barometer 9, geophysical instruments 10, receiver 11 of GNSS signals with antenna 12, unit 13 of flight indicators data, system 14 for synchronous collection of measurement data made by geophysical instruments and flight indicator data, heading camera 15 connected to analog video transmission unit 16 images, a power source 17, which is at least one battery, a radio modem 18 for communication with the operator's computer, a compass 19, a receiver of remote pilot control signals 20. At least one device selected from the group is used as geophysical instruments: range, multispectral cameras y, scanning lidar, magnetometer, gravimeter, radon sensor, ground penetrating radar or electrical prospecting device. The receiver 11 of the GNSS signals is installed with the ability to work with at least two main civil GNSS signals and provide a measurement frequency of at least 10 Hz. The antenna 12 is dual-band and is rigidly fixed on an inextensible support platform 21 and is installed coaxially with the vertical axis of the gyroscope, i.e. its phase centers are located coaxially with the vertical axis of the gyroscope. 2 ill.

Description

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.The utility model relates to the field of geophysics and can be used to perform geophysical measurements, such as geomagnetic measurements, georadar exploration, electrical prospecting, radioisotope measurements, measurements of the relief form, multispectral mapping.

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).Known unmanned aeromagnetic complex of copter type, including located on a cable-suspended exhaust disk, magnetically sensitive sensor for measuring the modulus of the full vector of magnetic induction, GPS sensor, stabilizer and measuring unit (see, RU patent for useful model No. 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.The disadvantage of this device is the low efficiency of research due to limited functionality due to the impossibility of manual low-altitude piloting, low quality of measurements due to the location of the GNSS receiver antenna, tk. the aircraft obscures part of the sky and creates electromagnetic interference.

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).The closest in technical essence to the proposed utility model is a complex for unmanned aeromagnetic reconnaissance, consisting of an unmanned aerial vehicle with a chassis and a magnetometer attached to it, while a multi-rotor aircraft is used as an unmanned aerial vehicle, consisting of a frame with beams, to which are attached motors with propellers, engine controllers, a battery, a flight controller with a GPS antenna and a magnetometer, while the magnetometer is attached to the frame using a vibration damping layer and consists of a control unit that includes a magnetic measuring transducer and a magnetometer controller, a folding suspension and a remote sensor, and the sensor is rigidly attached to the end of the folding suspension, and the other end of the suspension is attached to the control unit, in addition, the sensor is connected to the cable control unit (see utility model patent No. 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.The disadvantage of this device is the low efficiency of research due to the impossibility of carrying out various geophysical measurements, low quality of measurements due to asynchronous recording of the measurement conditions, namely the coordinates of the complex and time.

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.The technical result is to increase the efficiency of geophysical research by performing a whole complex of geophysical measurements over large areas and in difficult terrain and reducing the time and costs for research and improving the quality of geophysical research by eliminating electromagnetic interference and joint processing of GNSS data and gyroscope / accelerometer data.

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.The technical result is achieved in an unmanned geophysical complex, including a multi-rotor aircraft, consisting of a frame with beams, to which are attached at least four electric motors, engine speed controllers, a flight control system with a three-axis gyroscope, a three-axis accelerometer and a barometer, geophysical instruments, a GNSS signal receiver with an antenna, a flight indicator data unit, a system for the synchronous collection of measurement data made by geophysical instruments and data from a flight indicator unit, a FPV camera connected to an analog video image transmission unit, while a GNSS signal receiver is installed with the ability to work with at least two main civil GNSS signals and ensuring a measurement frequency of at least 10 Hz, the antenna is made dual-band and rigidly fixed on an inextensible supporting platform and is installed coaxially with the vertical axis of the gyroscope, and at least about A din device selected from the group: visible range camera, multispectral camera, scanning lidar, magnetometer, gravimeter, radon sensor, ground penetrating radar, electrical prospecting device.

Беспилотный геофизический комплекс поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид беспилотного геофизического комплекса, на фиг. 2 - изометрическая проекция беспилотного геофизического комплекса.An unmanned geophysical complex is illustrated by a drawing, where in Fig. 1 shows a general view of an unmanned geophysical complex, FIG. 2 is an isometric view of an unmanned geophysical complex.

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.The unmanned geophysical complex includes a multi-rotor aircraft 1, consisting of a frame 2 with beams 3, to which at least four electric motors 4 are attached, engine speed controllers 5, the number of which corresponds to the number of electric motors 4, a flight control system 6 with a three-axis gyroscope 7, three-axis accelerometer 8 and barometer 9, geophysical instruments 10, receiver 11 of GNSS signals with antenna 12, unit 13 of flight indicators data, system 14 for synchronous collection of measurement data made by geophysical instruments and flight indicator data, heading camera 15 connected to analog video transmission unit 16 images, a power source 17, which is at least one battery, a radio modem 18 for communication with the operator's computer, a compass 19, a receiver of remote pilot control signals 20. At least one device selected from the group is used as geophysical instruments: range, multi spectral camera, scanning lidar, magnetometer, gravimeter, radon sensor, ground penetrating radar or electrical prospecting device. The receiver 11 of the GNSS signals is installed with the ability to work with at least two main civil GNSS signals and provide a measurement frequency of at least 10 Hz. The antenna 12 is made of dual-band and is rigidly fixed on an inextensible support platform 21 and is installed coaxially with the vertical axis of the gyroscope, i.e. its phase centers are located coaxially with the vertical axis of the gyroscope.

Беспилотный геофизический комплекс работает следующим образом.The unmanned geophysical complex works as follows.

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.Each of the electric motors 4 of the multi-rotor aircraft 1 is controlled by a speed regulator 5, which, in turn, is bi-directionally connected to the flight control system 6. System 6 controls the speed regulators 5 in such a way as to achieve the set target conditions in the route or target conditions set an external pilot using control equipment sending commands to the receiver 20 of the control signals. The remote pilot obtains an image from the FPV camera 15 via the analog video image transmission unit 16. Target conditions are readings of tilt angles or tilt rates (along three axes), lift, direction and geographic position, and relative, absolute, and / or true altitude. Speed controllers 5 inform the flight control system 6 of the current engine speed and current consumption. This information, as well as the readings of the barometer 9, the compass 19, the gyroscope 7, the accelerometer 8, and the supply voltage of the source 17 are used by the system 6 to control the flight and are stored for transmission to the system 14 for the synchronous collection of measurements made by geophysical instruments and data from flight indicators. The multi-rotor aircraft 1 performs flight along a predetermined trajectory, or is piloted manually. During the flight, the geophysical instruments 10 installed on board perform measurements and transmit them to the system 14 for the synchronous collection of measurement data made by geophysical instruments and data from flight indicators from unit 13, namely the readings of the barometer 9, gyroscope 7, accelerometer 8, revolutions of electric motors 4, current consumption of electric motors 4, compass readings 19, as well as the original satellite measurements obtained from the receiver 11 GNSS signals. After the completion of the route or the permissible exhaustion of the battery capacity of the power source 17, the multi-rotor aircraft 1 returns to the launch point automatically or manually, where it lands. All collected data is transmitted for processing by radio using a radio modem 18. The GNSS antenna 12 is rigidly fixed on an inextensible supporting platform 21 and is installed coaxially with the vertical axis of the gyroscope. This setup improves the quality of geophysical surveys by eliminating electromagnetic interference and joint processing of GNSS data and gyroscope / accelerometer data.

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.The proposed unmanned geophysical complex increases the efficiency of geophysical research by performing a whole complex of geophysical measurements over large areas and in difficult terrain and reducing the time and costs of research, improves the quality of geophysical research and the accuracy of measurements.

Claims

A device for geophysical research, including a multi-rotor aircraft, consisting of a frame with beams to which are attached at least four electric motors, engine speed controllers, a flight control system with a three-axis gyroscope, a three-axis accelerometer and a barometer, geophysical instruments, a GNSS signal receiver with an antenna, characterized in that it is equipped with a flight indicator data unit, a system for the synchronous collection of measurement data made by geophysical instruments and data from a flight indicator unit, a FPV camera connected to an analog video image transmission unit, while the GNSS signal receiver is installed with the ability to work with at least two main civil GNSS signals and ensuring a measurement frequency of at least 10 Hz, the antenna is made of dual-band and is rigidly fixed on an inextensible supporting platform and is installed coaxially with the vertical axis of the gyroscope, and at least There is at least one device selected from the group: a visible range camera, a multispectral camera, a scanning lidar, a magnetometer, a gravimeter, a radon sensor, a ground penetrating radar, a device for electrical exploration.