浅谈航空磁测中飞机干扰磁场的补偿问题和处理

刘俊伯　陈伟　张国超

摘要：航空磁测技术不仅在军事领域发挥着巨大作用，随着技术的发展和民用领域需求的增加，它在地质调查、矿产普查等民用领域的作用也越来越大。但是在航空磁测应用中，飞机本身的磁场和飞机飞行中产生的感应磁场和涡流磁场会对磁探仪产生干扰，造成测量误差度。所以，如何实现飞机磁干扰补偿，提高航测精度是当下研究的重点。本文对航空磁测中飞机干扰磁场的补偿问题和处理进行了探讨。

关键词：航空磁测；飞机干扰磁场；补偿

一、航空磁测中飞机干扰磁场补偿

航空物探是将飞行器用作载体，利用多种测绘仪器装备在飞行过程中实现地球物理场探测的技术，这一技术不仅效率高、成本低，而且探测范围广、深度深，非常适用于海陆联测。航空磁法就是航空物探的一种，且应用较广。当下使用较多的航空磁测用设备分为两类，一种是对总磁场模变化的梯度进行测量，一种是对总磁场模数的变化△T进行测量。核子旋进磁力仪和光泵磁力仪是当前使用较多的测总磁场模数变化的仪器，磁通门磁力仪也有用到。航空梯度仪则是测总磁场模数变化梯度多会用到的仪器。航空梯度仪利用距离固定的两个磁力仪探头，对地磁场记录其差值（即磁力梯度，可测垂直梯度或水平梯度）进行同时段测量，它的灵敏度很高，大致在3×10-4～5×10-4纳特/米。

航空磁测工作中，因为飞机飞行方向和运动状态的不同，由于磁性元件造成的磁场对磁测仪器灵敏度的干扰是不一样的。要想减少这种干扰，避免测量误差的产生，就需要采取措施，进行为干扰补偿，这一措施就是飞机磁干扰场补偿。一般情况下采取的措施如下：飞机要作八方位的米字形飞行，并且进行俯冲、爬升和左右倾斜，通过这一试验过程来获取飞机磁干扰的影响值。当下使用的最多的方法是将补偿线圈置于探头处x、y、z三个坐标方位，从而生出补偿磁场，同时可以将薄膜合金片置于探头外壳贴上，通过它的感应磁场实现补偿飞机的感应干扰磁场，要特别注意薄膜合金片的大小和放置方位。

二、航空磁测中飞机干扰磁场的一般补偿处理

航空磁测中飞机干扰磁场的主要受涡流场、感应场和恒定场的影响，除此之外，还包括诸如探头内部元器件的剩磁影响和电流感应磁场的影响。一般来说，解决上述磁性干扰的补偿方法如下。

（一）被动补偿

恒定场补偿多选择固定磁铁或三轴线圈方式进行补偿，感应场则常选择坡膜合金进行补偿，涡流场一般情况下选择导电板，实际应用中却很少见到。

（二）CAE

此种方式是一种复杂的计算方法，正常情况下不会用到。

（三）计算机补偿

RMS公司的AADC设备利用计算机修正的方式，通过对干扰大小实时计算，并采取动态修正的方法，实现了补偿，是软补偿技术的一种。这种补偿方式的整个过程都采用了数字信号处理技术，数据的采集、转换、滤波、输出和补偿全部实现了动态处理，此种补偿方式比硬补偿更优越，主要体现在：首先补偿的方法与操作都十分简单，并且补偿设备轻便，安装简洁。其次效率和精度都很高，补偿工作在6～8分就能完成，并且在补偿实现后立即就能收到补偿评价。再次，使用的是纯理论的数学解法，补偿最高可实现30次，能够接收1～4个高灵敏度磁力仪的输入和处理，对于高灵敏度磁力仪都可以兼容，例如质子磁力仪、铯光泵磁力仪、氦光泵磁力仪以及钾光泵磁力仪；能够实现对每个探头的总场以及梯度的补偿，并且在补偿过程中可以不必开展日变改正和位置改正。最后，数字化和自动化程度高。不仅用不到补偿线圈，而且能够实现未补偿、补偿和飞机姿态数据的收集、处理和存储。

（四）事后处理补偿

利用PRJ/GEOMETRICS公司软件进行补偿，此种补偿方式和RMS公司AADC修正原理类此，不同时的是它不是实时的，而是在事后进行的补偿。此种方式的优势是非常灵变，能够同时应用于多架飞机，成本较低，机载设备重量轻，缺点是实时性不强。

三、在地面选择一个磁场平稳，没有干扰的区域

传统的补偿方式在开头我们也讲到了，就是选择一个理想的区域，该区域的磁场应当平稳，且没有干扰，在这个区域里找出一个醒目点作为飞机的参考，并以此为中心，朝0度、45度、90度、135度180度、225度、270度、315度水平八个方位进行飞行，最终回到地面，然后以飞过的8个方位参考点上方时所测出的不同的数值为依据进行分析，将薄膜合金片置于探头外壳贴上，通过它的感应磁场实现补偿飞机的感应干扰磁场，要特别注意薄膜合金片的大小和放置方位。为了获取准确的数值，要进行多次飞行，但是即使进行再多次的飞行，由于其本身的缺陷，补偿的精度仍然不高。而配套了自动电子补偿仪的航测工作不仅效率高，而且精度高，已经取代的传统的补偿方式，但是在实际航测过程中，也存在一些问题，影响了航测精度。造成这些问题的因素是多方面的，一是探头安装的位置是无法确保和飞机的xyz三轴对应平行，飞行方位和定点不准确，另一个原因是因为飞机的磁干扰在测量探头的空间区域形成的是一个非均匀的梯度磁场，且这个干扰场越大磁场就越不均匀，而自动电子补偿仪绕着磁测探头外罩的xyz三组线圈通电后产生的补偿磁场在探头处是相对均匀的，用均匀的磁场去补偿不均匀的干扰磁场，理论上是很难补到理想要求的，如果探头安装的位置或飞行方位有偏差，会出现八个方位之间的磁场相互干扰，且干扰磁场越大，相互影响也越大，还有一个问题就是地球的磁场在一昼夜中并非是稳定不变的，简称“磁场日变”，故航空磁测过程中要专门安排一台仪器在地面固定位置观察磁场日变，用来最后校正空中所测的数据。如果空中补偿飞行的时间过长，那么由于日变的影响也会造成补偿数据的不准确。所以，航空磁测技术操作规范对飞机本身的干扰有一定的要求，飞行机组人员和仪器操作员上机之前连钥匙链都不准随便带，尽可能的减小飞机的磁干扰，因为磁干扰越小飞机在不同方位和动作时相互影响也就越小，补偿就越好补，补偿的效果也就越好。

四、地磁场水平梯度干扰处理

由于地磁场存在梯度变化，空间位置的变化将引起地磁场测量结果的起伏，从而影响到飞机磁场的补偿效果。航空磁测过程中，当飞机沿直航线进行小幅度机动飞行时，地磁场水平梯度会引起飞机磁场和方向余弦变化，导致飞机磁场求解结果产生一定偏差，从而降低飞机磁干扰补偿精度。其中，在相同飞行条件下，地磁场纬度水平梯度相对地磁场经度水平梯度对飞机磁干扰补偿效果影响更大。因此，在进行航空磁测时，应考虑地磁场水平梯度特别是地磁场纬度水平梯度对飞机磁场补偿精度的影响，从而对飞机磁场模型进行修正，以提高飞机磁干扰补偿率。目前我国已经实现了航磁梯度实时数字补偿技术。在国内首次实现了航磁梯度数据的实时数字式补偿处理。建立了飞机梯度干扰场的数学模型，提出了飞机梯度干扰场的补偿方法，实现了有效的航磁梯度测量补偿，同时磁梯度仪有效地消除了各道磁场间的频率牵引现象，大大减少了飞机飞行中的干扰。

参考文献

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