1、2023 年第 38 卷 第1期2023，38(1):0484-0493地球物理学进展Progress in Geophysicshttp:/wwwprogeophyscnISSN 1004-2903CN 11-2982/P马国庆，张运，郭井学，等2023 东南极伊丽莎白公主地首次旋翼无人机航磁系统应用试验 地球物理学进展，38(1):0484-0493，doi:10 6038/pg2023GG0205MA GuoQing，ZHANG Yun，GUO JingXue，et al 2023 First application test of aeromagnetic system of roto
2、rcraft UAV in Princess Elizabeth Land ofsoutheast Polar region Progress in Geophysics(in Chinese)，38(1):0484-0493，doi:106038/pg2023GG0205东南极伊丽莎白公主地首次旋翼无人机航磁系统应用试验First application test of aeromagnetic system of rotorcraft UAV in PrincessElizabeth Land of southeast Polar region马国庆1，张运1，郭井学2*，李丽丽1，蒋哲欣
3、1，2，高桐1，2MA GuoQing1，ZHANG Yun1，GUO JingXue2*，LI LiLi1，JIANG ZheXin1，2，GAO Tong1，2收稿日期2022-06-20;修回日期2022-11-26投稿网址http:/www progeophys cn基金项目国家自然科学基金项目(42174166)资助第一作者简介马国庆，男，1984 年生，博士，教授，主要从事多参量重磁联合处理与解释技术的研发 E-mail:maguoqing jlu edu cn*通讯作者郭井学，男，1979 年出生，博士，高级工程师，主要从事极地地球物理观测与冰冻圈变化研究工作E-mail:guo
4、jingxue pric gov cn1 吉林大学地球探测科学与技术学院，长春1300212 中国极地研究中心，上海2001361 College of Geo-Exploration Science and Technology，Jilin University，Changchun 130021，China2 Polar esearch Institute of China，Shanghai 200136，China摘要随着旋翼无人机航磁测量技术快速发展，其便携性、安全性、造价低廉、无起飞限制等特点，使其在不同地质条件下广泛应用 南极作为地球物理调查的热点地区，由于南极气候条件恶劣，地形复杂
5、，无人机航磁系统将是该地区磁数据采集的更优选择 首次将旋翼无人机航磁勘探技术应用到伊丽莎白公主地的磁法测量，所取得结果与以往有人机磁法测量结果一致，表明旋翼无人机航磁系统可有效在该地区开展采集工作，为下一步全域大比例尺磁法数据的采集奠定了良好的基础关键词伊丽莎白公主地;无人机航磁;便捷;航磁补偿中图分类号P631文献标识码Adoi:10 6038/pg2023GG0205AbstractWith the rapid development of rotor UnmannedAerialVehicle(UAV)aeromagneticmeasurementtechnology，its porta
6、bility，safety，low cost，no take-offrestrictions and other characteristics make it widely used indifferent geological conditions As a hot research area forgeophysical investigation，The Antarctic is characterizedby harsh climatic conditions and complex terrainIt isdifficult to collect ground magnetic d
7、ata，and there areproblems such as pilot safety and supply difficulties inman-machine aeromagnetic survey，so the aeromagneticsystem of UAV will be a better choice for magnetic datacollection in this area Princess Elizabeth Land(PEL)isan area with high elevation in Antarctica，where developedsubglacial
8、 drainage exists，which has a certain impact onglobal sea level change However，there are few studies onPEL area，and there are still magnetic data gaps in someplaces This study applied the aeromagnetic explorationtechnology of rotor UAV to the magnetic measurement inPrincess Elizabeth Land Our results
9、 were consistent withthe previous aeromagnetic measurement of manned vehicleresults It proved that rotor UAV aeromagnetic system caneffectively carry out acquisition work in this areaItprovides a good foundation for the next step in theacquisition of large-scale magnetic data in the whole fieldKeywo
10、rdsPrincess Elizabeth Land(PEL);UnmannedAerial Vehicle(UAV)aero-magnetism;Convenient;Aeromagnetic compensation2023，38(1)马国庆，等:东南极伊丽莎白公主地首次旋翼无人机航磁系统应用试验(www progeophys cn)0引言航空磁测通过在飞行器上搭载磁测系统来探测周围磁场强度的变化，因其具有探测效率高、成本低和不受地形限制的特点，逐渐应用于矿产资源勘察、基础地质研究等方面(Xiong et al，2016;张春灌等，2019;刘燕戌等，2019)航空磁测载体主要为有人机和无
11、人机两种，随着无人机平台的性能不断提升，促进了以无人机为载体的航空磁测技术的发展，无人机航磁测量系统体积小、重量低，相比于有人机航空测量，更加灵活高效，适用范围更广(崔志强等，2015;张富明等，2019;鞠星等，2020)南极是现今地球物理勘探的热点地区，是研究超大陆演化的关键区域，并且南极拥有巨厚冰架，对全球气候变化有着重要影响(Johnson et al，1997)在南极地区获取地球物理数据对于研究冰下地形探测，冰盖厚度及质量变化(樊羿等，2017;任政委等，2017)、东南极区域构造特征及南极半岛古太平洋与冈瓦纳大陆的古老俯冲带三维结构(Daczko etal，2018;高亮，2021
12、)等近年来南极研究的重点极其重要由于南极气候条件恶劣，地形复杂，使得地面物探工作难以开展，而航空地球物理勘探因其具备观测效率高、观测精度高、安全性高以及成本低等优势，在南极探测中具有重要地位 航空磁测是一种非常重要的航空地球物理勘探技术，丰富的航磁数据将对我们更好地了解南极地壳结构提供支撑(李筱等，2022;高 晟 俊 等，2018，Artemieva and Thybo，2020);许多国家通过在南极开展航磁测量来研究南极大陆结构，如美国、英国、韩国、日本等，我国在2015 年第 32 次南极科学考察期间首次引入固定翼飞机“雪鹰 601”进行航空地球物理调查，搭载Scintrex Cs-3
13、等磁力仪(Cui et al，2018)，由各国科学家合作汇编 ADMAP 数据集，集合了南纬 60以南地区的航磁、船测磁数据和卫星磁数据，第一代ADMAP 数据根据超过 150 万线公里的船载和机载测量数据和 560 万线公里的 Magsat 任务卫星磁观测数据编制(Golynsky et al，2006)，第二代 ADMAP在第一代的基础上汇编了超过 200 万线公里的新机载和船载数据(Golynsky et al，2018)，ADMAP 中机载数据主要由有人机测量，虽然 ADMAP 数据覆盖了南极大部分区域，但是有人机航磁测量需要正规的机场，并且出于飞行员安全考虑，在远离基站的区域和环境
14、更为恶劣的区域仍然存在大量数据空白(Golynsky et al，2013;Aitken et al，2020)与有人机航磁测量相比，无人机系统更加轻便、安全且成本更加低廉，适用于中小面积、大比例尺航磁详查工作，引入无人机航磁测量将对南极科考起到巨大的帮助 日本极地研究所于 2011 年在南设得群岛进行了总长 304 2 km 的无人机航磁测量，飞行平台为Ant-Plane 6-3 推 杆 式 无 人 机，搭 载 抗 磁 磁 力 仪(Funaki et al，2014)伊丽莎白公主地(PEL)位于东南极，整个区域是南极洲海拔较高的区域，北临兰伯特冰川，东侧濒临威德尔海，东北部接近艾默里冰架，P
15、EL 地区存在发达的冰下水系，对于全球海平面变化具有一定影响，而目前对于 PEL 地区的研究较少，某些地方仍存在磁数据空白(Li et al，2021;Jamieson et al，2016;Tang et al，2016)将无人机航磁测量应用到 PEL 地区，可以补充有人机航磁测量数据的空白，并且可以获得分辨率更高的数据，有助于 PEL 地区的进一步研究1极地无人机航磁系统及技术特征极地无人机航磁系统因南极气候严寒、海拔高以及冰雪覆盖等安全问题采用耐寒的特殊材质制成无人机飞行器为载体，航磁测量系统由飞行系统、磁测系统和数据采集系统三部分组成，如图 1 所示 飞行系统又分为地面控制系统，GPS
16、 导航系统和无人飞行器;地面控制系统控制飞行航向，通过主机接收测量信号，使飞机按照预置飞行测线飞行，完成自动换线或指挥飞行的过程;导航系统实时测量飞行高度并对飞行位置进行监测与控制;采用固定式传感器搭载架硬性连接，配合四轴稳定飞行，最大程度上减少飞机自身干扰、飞行影响和气流影响等飞行系统总重量为10 kg，飞行速度0 50 km/h，飞行高度 20 200 m，续航能力 1 h，起降全部由平台自动操控，该极地无人机整体结构简单，安全、轻便、灵活，飞行速度适宜，飞行高度低，抗干扰能力强，可以很好的在南极工作此次 极 地 无 人 机 航 磁 系 统 搭 载 的 是 英 国Bartington 公司的 Mag-13 系列三分量磁通门传感器，如图 2a 所示，可以进行高精度、低噪声的静态磁场测量和变化的磁场测量 探头与飞行器采用刚性连接方式，保持探头稳定，减少误差，磁通门磁力仪是利用具有高磁导率的软磁铁芯(坡莫合金)在外磁场作用下的电磁感应现象测定外磁场的仪器;日变观测采用 EEV-1+高精度质子磁力仪，如图 2b所示，具有独创的时序同步功能，得到的磁场值更加584地球物理学进展www pro
