專利名稱：用于固定翼飛行器來進(jìn)行地球物理探測(cè)的拖曳組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
·
本發(fā)明涉及用于固定翼飛行器來進(jìn)行地球物理探測(cè)的接收器線圈拖曳組件系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
地球物理電磁(“EM”)勘探技術(shù)可有效地確定地表和地表下的土壌、巖石和其它物體的導(dǎo)電率。可使用基于地面的設(shè)備和航空設(shè)備來執(zhí)行地球物理EM勘探。設(shè)備由諸如直升機(jī)、飛機(jī)或飛船之類的飛行器進(jìn)行運(yùn)輸?shù)暮娇辗椒捎糜诖竺娣e探測(cè)。對(duì)于機(jī)載電磁(“AEM”)系統(tǒng)，可在飛機(jī)或直升機(jī)以幾乎恒定的速度于地面上方大約恒定的高度處沿著幾乎平行且接近等間距的航線飛行的同吋，獲取探測(cè)數(shù)據(jù)?！┑厍蛭锢硖綔y(cè)方法是主動(dòng)的，其中設(shè)備是用于將信號(hào)傳遞給目標(biāo)區(qū)域，然后測(cè)量對(duì)于所傳遞信號(hào)的響應(yīng)。而其它的地球物理被動(dòng)探測(cè)方法是被動(dòng)的，其中在并不首先將信號(hào)傳遞至目標(biāo)區(qū)域的情形下測(cè)量從目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生的信號(hào)。被動(dòng)地球物理EM勘探方法的示例是音頻磁性(“AFMAG”)探測(cè)，其中對(duì)從諸如閃電放電之類自然發(fā)生的原始信號(hào)源所產(chǎn)生的電磁(EM)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。這些電磁場(chǎng)作為由電離層和地球表面所引導(dǎo)的平面波而圍繞地球傳播。遠(yuǎn)離測(cè)量點(diǎn)發(fā)生的閃電活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生具有頻率在例如8Hz和500Hz之間的近似平坦頻譜密度的信號(hào)，該信號(hào)隨著地理位置、天數(shù)、季節(jié)以及氣候條件而改變。在美國(guó)專利6，876，202中示出被動(dòng)AFMAG地球物理電磁勘探方法的示例。期望ー種拖曳組件，該拖曳組件可有效地用于與固定翼飛行器結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)ー個(gè)示例實(shí)施例，提供一種用于固定翼飛行器的航空地球物理電磁(EM)探測(cè)拖曳組件系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括接收器線圈組件，該接收器線圈組件包括基本上剛性的管狀接收器線圈框架和接收器線圏，該接收器線圈框架形成圍繞敞開中部區(qū)域延伸的連續(xù)內(nèi)通道，而接收器線圈容納在該內(nèi)通道內(nèi)；絞盤系統(tǒng)，該絞盤系統(tǒng)固定于固定翼飛行器，且該絞盤系統(tǒng)具有固定于接收器線圈組件的拖曳線纜并且構(gòu)造成將拖曳線纜伸出以在探測(cè)過程中在接收器線圈處于名義水平定向的情形下、將接收器線圈組件由固定翼飛行器中懸出，以及構(gòu)造成將拖曳線纜收回以將接收器線圈組件拉拽到固定翼飛行器底側(cè)的收回位置中以便起飛和降落；以及閉鎖系統(tǒng)，該閉鎖系統(tǒng)用于安裝于具有可釋放閉鎖部件的飛行器底偵牝以在接收器線圈組件處于收回位置時(shí)與該接收器線圈組件配合。
根據(jù)另一不例實(shí)施例，一種航空地球物理電磁(EM)探測(cè)系統(tǒng)包括固定翼飛行器；接收器線圈組件，該接收器線圈組件包括基本上剛性的管狀接收器線圈框架、接收器線圈以及細(xì)長(zhǎng)支承部件，該接收器線圈框架形成圍繞敞開中部區(qū)域延伸的連續(xù)內(nèi)通道，且空氣能通過敞開中部區(qū)域而穿過接收器線圈框架，接收器線圈容納在內(nèi)通道內(nèi)，而細(xì)長(zhǎng)支承部件在接收器線圈框架的隔開位置之間貫穿該敞開中部區(qū)域延伸；絞盤系統(tǒng)，該絞盤系統(tǒng)固定于該固定翼飛行器，且絞盤系統(tǒng)具有固定于接收器線圈組件的拖曳線纜并且構(gòu)造成將拖曳線纜伸出以在探測(cè)過程中在接收器線圈處于名義水平定向的情形下、將接收器線圈組件由固定翼飛行器懸出，以及構(gòu)造成將拖曳線纜收回以將接收器線圈組件拉拽到固定翼飛行器底側(cè)的收回位置中以便起飛和降落；閉鎖系統(tǒng)，該閉鎖系統(tǒng)用于安裝于具有可釋放閉鎖部件的飛行器底側(cè)，以在接收器線圈組件處于收回位置時(shí)與細(xì)長(zhǎng)支承部件配合；以及信號(hào)處理設(shè)備，該信號(hào)處理設(shè)備與接收器線圈連通，用以從接收器線圈中接收代表響應(yīng)于自然發(fā)生電氣情形而由所探測(cè)地貌產(chǎn)生的EM磁場(chǎng)的信號(hào)。根據(jù)另ー示例實(shí)施例，提供ー種使用固定翼飛行器執(zhí)行航空地球物理探測(cè)的方法。該方法包括提供接收器線圈組件，該接收器線圈組件包括基本上剛性的管狀接收器線 圈框架和接收器線圏，該接收器線圈框架形成圍繞敞開中部區(qū)域延伸的連續(xù)內(nèi)通道，空氣通過敞開中部區(qū)域能穿過接收器線圈框架，而接收器線圈容納在內(nèi)通道內(nèi)；在固定翼飛行器上提供絞盤系統(tǒng)，該絞盤系統(tǒng)具有固定于接收器線圈組件的拖曳線纜并且構(gòu)造成將拖曳線纜伸出以將接收器線圈組件由固定翼飛行器懸出，以及構(gòu)造成將拖曳線纜收回以將接收器線圈組件拉拽到固定翼飛行器底側(cè)的收回位置中以便起飛和降落；在固定翼飛行器的底側(cè)上提供閉鎖系統(tǒng)，該閉鎖系統(tǒng)具有可釋放閉鎖部件，以在接收器線圈組件處于收回位置時(shí)與細(xì)長(zhǎng)支承部件配合；以及在固定翼飛行器的飛行過程中將拖曳線纜伸出，以使處于名義水平位置中的接收器線圈框架懸置并且接收來自接收器線圈的信號(hào)。


在以下說明中提供示例實(shí)施例。該說明參見附圖，附圖中圖I是根據(jù)示例實(shí)施例的航空地球物理電磁(HM)探測(cè)拖曳組件系統(tǒng)的立體圖，該拖曳組件系統(tǒng)包括懸自拖曳和閉鎖組件的接收器線圈組件，且該拖曳和閉鎖組件固定于固定翼飛行器。圖2是圖I所示航空地球物理探測(cè)拖曳組件系統(tǒng)的立體圖，其中接收器線圈組件嵌套在固定于固定翼飛行器的拖曳和閉鎖組件中。圖3是圖I所示航空地球物理探測(cè)拖曳組件系統(tǒng)的立體圖，其中接收器線圈組件嵌套在拖曳和閉鎖組件中。圖3A是圖I所示航空地球物理探測(cè)拖曳組件系統(tǒng)的拖曳和閉鎖組件的閉鎖系統(tǒng)的立體圖。圖4是圖I所示航空地球物理探測(cè)接收器線圈組件系統(tǒng)的拖曳組件的立體圖。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例實(shí)施例的AFMAG地球物理勘探系統(tǒng)的視圖，該AFMAG地球物理勘探系統(tǒng)包括圖I所示的航空地球物理探測(cè)拖曳組件系統(tǒng)。圖6是沿圖4中剖線VI-VI所剖取的根據(jù)示例實(shí)施例的接收器線圈組件的側(cè)部部件之一的剖視圖。
圖7是沿圖6中剖線VII-VII所剖取的接收器線圈組件的側(cè)部部件之一的剖視圖。圖8是沿圖4中剖線VI-VI所剖取的根據(jù)另ー示例實(shí)施例的接收器線圈組件的側(cè)部部件之一的剖視圖。圖9是沿圖8中剖線X-X所剖取的接收器線圈組件的側(cè)部部件之一的剖視圖。圖10是根據(jù)另ー示例實(shí)施例的接收器線圈組件的側(cè)部部件之一的剖視圖。
具體實(shí)施例方式圖I和2示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的航空地球物理電磁(EM)探測(cè)拖曳組件系統(tǒng)100，該拖曳組件系統(tǒng)100包括接收器線圈組件112和拖曳及閉鎖組件102。拖曳及閉鎖 組件102固定于固定翼飛行器104的底側(cè)并且包括絞盤系統(tǒng)105，該絞盤系統(tǒng)具有可伸縮的拖曳繩索110，用以懸置和收回接收器線圈組件112。絞盤系統(tǒng)105可例如包括液壓驅(qū)動(dòng)的絞盤，該絞盤位于飛行器機(jī)身內(nèi)部，且拖曳繩索110延伸通過飛行器機(jī)身中的開ロ 106。在圖I中示出，接收器線圈組件112從拖曳及閉鎖組件102的拖曳線纜110懸掛于懸置位置。具體地說，在圖I中示出接收器線圈組件112，其中在接收器線圈組件112從飛行器展開或縮回至飛行器時(shí)，拖曳線纜110處于部分伸出或部分縮回的位置。借助非限制的示例，該接收器線圈組件112可以懸置約100米(或更大或更小的量)，用以在飛行時(shí)執(zhí)行地球物理探測(cè)。圖2示出處于縮回位置的接收器線圈組件112，該接收器線圈組件由拖曳及閉鎖組件102固定于飛行器104的底側(cè)。通常，在不執(zhí)行探測(cè)時(shí)、例如在飛向探測(cè)位置或飛離探測(cè)位置時(shí)以及在起飛和降落過程中，接收器線圈組件112會(huì)保持在縮回位置。在地球物理探測(cè)過程中，將接收器線圈組件112如圖I所示懸置可減輕由拖曳飛行器104所產(chǎn)生的噪聲。參見圖I和4，接收器線圈組件112包括基本上剛性的氣動(dòng)管狀接收器線圈框架120，該接收器線圈框架限定矩形內(nèi)部通道124，且矩形多匝圈接收器環(huán)路或線圈116 (由虛線示出)容納在該內(nèi)部通道124中?？蓮母綀D中理解的是，接線器線圈框架120形成環(huán)路，使得內(nèi)部通道124是連續(xù)閉環(huán)。在所示的實(shí)施例中，接收器線圈框架120具有基本上矩形形狀，該矩形形狀限定了中部敞開區(qū)域或開ロ 122的周緣。內(nèi)部通道124圍繞中部敞開區(qū)域122延伸，且空氣可穿過該中部敞開區(qū)域122。矩形接線器線圈框架120由成對(duì)平行管狀側(cè)部框架部件130、132形成，該成對(duì)平行管狀側(cè)部框架部件由前后平行管狀框架部件134、136所互連。在所示的實(shí)施例中，管狀側(cè)部框架部件130、132長(zhǎng)于前后平行管狀框架部件134、136，且垂直穩(wěn)定翅140定位在矩形接收器線圈框架120的后端或尾端附近，以助于在飛行過程中使框架保持沿恒定方向定向，且接收器線圈120處于使其軸線垂直定向的標(biāo)稱水平定向中。在一示例實(shí)施例中，呈細(xì)長(zhǎng)支承部件142形式的中部橫梁橫貫中部開ロ 122的中央而從前部管狀框架部件134延伸至后部管狀框架部件136。如所示的實(shí)施例，中部支承部件142可基本上定位在側(cè)部管狀框架部件130、132之間并平行于側(cè)部管狀框架部件，并且包括中部拖曳繩索緊固件144，且拖曳繩索110連接于該緊固件144。管狀框架部件130、132,134和136中的每個(gè)以及支承部件142可成形為賦予接收器線圈拖曳組件112 —定形狀，以減輕空氣流動(dòng)阻力和振動(dòng)并且還使該拖曳組件在被拖曳的同時(shí)保持恒定的定向。這樣，管狀部件相對(duì)于它們?cè)诮邮掌骶€圈框架內(nèi)的相應(yīng)定向可以是流線型的和整流的，例如后部管狀框架部件136可具有平翼狀構(gòu)造。管狀框架部件130、132、134和136以及支承部件142可以基本上由諸如玻璃纖維之類電絕緣且非磁性的材料形成。參見圖1-3A，拖曳和閉鎖組件102包括機(jī)械或液壓驅(qū)動(dòng)的閉鎖系統(tǒng)150。在圖3A中最佳示出，在所示的實(shí)施例中，閉鎖系統(tǒng)150包括隔開的前部和后部閉鎖部件152、154，用以在接收器線圈組件在飛行器104下方處于其縮回閉鎖位置時(shí)，與接收器線圈組件112的中部支承部件142可靠地配合。前部和后部閉鎖部件152、154中的每個(gè)包括相應(yīng)的成對(duì)對(duì)置地樞轉(zhuǎn)安裝的閉鎖臂158和上部支架部件156，該成對(duì)閉鎖臂158用以與中部支承部件142的外表面的相對(duì)兩側(cè)配合，而上部支架部件156用以與中部支承部件142的頂面配合。閉鎖臂158可包括擴(kuò)開下端，以在接收器線圈組件進(jìn)入或離開其收回位置而運(yùn)動(dòng)時(shí)，作為用于中部支承部件142的引導(dǎo)件。在所示的實(shí)施例中，拉桿162可用于機(jī)械地聯(lián)結(jié)閉鎖臂158，使得前部和后部閉鎖部件152、154 —致地操作。閉鎖系統(tǒng)150包括撐 桿系統(tǒng)160，用以將閉鎖系統(tǒng)固定于飛行器104。替代的閉鎖系統(tǒng)構(gòu)造也可用于將接收器線圈組件112固定于飛行器，上述閉鎖系統(tǒng)僅僅是ー個(gè)示例。再次轉(zhuǎn)向接收器線圈框架120，在一示例實(shí)施例中，框架構(gòu)造成可沿著水平平面分開，以使得接收器線圈136能插入、維護(hù)以及從矩形內(nèi)部線圈通道126中移除。在至少ー些示例實(shí)施例中，彈性懸置系統(tǒng)用于將接線器線圈116固定在矩形內(nèi)部線圈通道124內(nèi)，為此，圖6-10示出了三個(gè)不同的可能接線器線圈懸置系統(tǒng)。在圖6和7中示出單個(gè)懸置接收器線圈懸置系統(tǒng)。此種系統(tǒng)包括矩形內(nèi)部框架部件12A，該內(nèi)部框架部件通過多個(gè)緊固組件40而彈性地懸置在線圈通道124的中部，這些緊固組件沿著管狀框架部件130、132、134和136中每個(gè)的長(zhǎng)度而在內(nèi)部隔開(雖然在圖6中示出這些部件具有圓形橫截面，但從之前的附圖中可理解的是，這些部件可具有不同的橫截面形狀)。矩形內(nèi)部框架部件12A可以是接收器線圈固定在其中的剛性的頂部敞開凹槽。每個(gè)緊固組件40包括彈性懸置部件32，該彈性懸置部件在管狀框架部件130、132、134和136的內(nèi)壁以及內(nèi)部框架部件12A之間延伸。在一個(gè)示例實(shí)施例中，每個(gè)彈性懸置部件32 (例如可由橡膠形成)在相対的第一和第二端部38處固定于內(nèi)部框架部件12A的側(cè)部上的縱向隔開位置，而在大約中點(diǎn)36處固定于管狀框架部件130、132、134和136的內(nèi)壁，使得彈性懸置部件32形成“V”形，這會(huì)連同側(cè)向カー起將相對(duì)的縱向カ施加于內(nèi)部框架部件12A。(應(yīng)理解的是，“V”形弾性部件可由兩個(gè)單獨(dú)的弾性件所替代。)緊固塊34可通過粘合劑或其它緊固件固定于管狀框架部件130、132、134和136的內(nèi)壁，從而提供一表面用以通過螺栓或其它緊固件來固定中點(diǎn)36。在所示的實(shí)施例中，緊固組件40成對(duì)位于內(nèi)部框架部段12A的相對(duì)兩側(cè)上，使得由彈性懸置部件32將基本上相等但相對(duì)的力施加于內(nèi)部框架部段12A，從而內(nèi)部框架部段12A的正常靜止位置位于由管狀框架部件130、132、134和136所限定的線圈通道124中心處。在一個(gè)示例實(shí)施例中，對(duì)開管狀框架部件130、132、134和136中的彈性懸置部件32都固定于該框架部件的一個(gè)半部(例如，底半部)，以便于在利用另ー半部來將接收器線圈通道124閉合之前，將內(nèi)部框架部段12A固定就位。弾性部件32可由橡膠或其它合適的弾性或弾力材料形成。緊固組件40可采用除了圖6和7所示構(gòu)造以外的許多不同構(gòu)造，以使內(nèi)部框架部件12A弾性地懸置。在一些實(shí)施例中，內(nèi)部框架部件12A具有V形橫截面，并且限定開ロ槽42，該開ロ槽提供容納接收器線圈16A的內(nèi)部線纜通道44。在一些示例實(shí)施例中，內(nèi)部框架部件12A能替代地具有半矩形或半圓形或圓形或者其它的橫截面區(qū)域。在至少ー些實(shí)施例中，接收器線圈116形成為環(huán)路或 多匝圈線圈，且該環(huán)路或多匝圈線圈由帶子和/或其它類型的緊固機(jī)構(gòu)固定在槽42中。參見圖8和9，在另ー替代實(shí)施例中，雙懸置系統(tǒng)用于將接收器線圈內(nèi)部框架12A懸置在接收器線圈組件112的外部管狀框架部件130、132、134和136內(nèi)。雖然示作具有圓柱形橫截面，但管狀框架部件130、132、134和136可具有除了前面附圖所示構(gòu)造以外的其它橫截面構(gòu)造。在圖8和9所示的雙懸置構(gòu)造中，沿著每個(gè)內(nèi)部框架部件12A的長(zhǎng)度而定位的懸置組件40連接于中間框架部件74，該中間框架部件再?gòu)耐獠靠蚣懿考?30、132、134和136懸下。例如,第一彈性懸置部件32相對(duì)地將內(nèi)部框架部件12A懸置在圓柱形或半圓柱形中間框架部段74的中心，而該中間框架部段74則以類似的方式由附加彈性部件76對(duì)中地懸置，且這些附加彈性部件76在中間框架部段74和外部框架部件130、132、134或136之間延伸。在圖9中可觀察到，附加彈性部件76也可設(shè)置成V形型式，從而以類似于第一彈性懸置部件32的方式發(fā)揮抵抗縱向運(yùn)動(dòng)以及徑向運(yùn)動(dòng)的作用。如上所述，中間框架部段74可以是半圓柱形的，這允許在組裝和修理過程中能容易地夠到框架部段74的內(nèi)部。因此，在圖8和9所示的實(shí)施例中，支承接收器線圈116的內(nèi)部框架部段20A通過多個(gè)第一彈性懸置部件32而懸掛于多個(gè)相應(yīng)中間框架部段74，這些中間框架部段再通過ー個(gè)或多個(gè)第二彈性懸置部件76 (例如可由橡膠形成)而從外框架14A懸下。內(nèi)部框架部段12A還可定位在通道124的中心或附近。如下區(qū)域可涂覆有諸如硅酮之類的減磨劑(i)在第一懸置部件32以及內(nèi)部框架部段12A和中間框架部段74的各個(gè)之間的連接部附近，以及(ii)在第二懸置部件76以及中間框架部段74和外部框架部件的各個(gè)之間的連接部附近。硅酮涂層可減小由于附連點(diǎn)或連接點(diǎn)處摩擦而產(chǎn)生的噪聲。在一些示例實(shí)施例中，第一懸置部件可通過線纜扎匝連接于相應(yīng)的框架部段，且該線纜扎匝穿過預(yù)先鉆出的孔或所附連的環(huán)部?；蛘撸墒褂萌魏螖?shù)量的其它可能方法來附連第一和第二懸置部件，這些方法包括鉤子或經(jīng)加工的鉤狀附連點(diǎn)連接于附連點(diǎn)，藉此懸置部件可環(huán)繞在鉤子周圍，然后由硅酮覆蓋；或者，第一和第二懸置部件上的環(huán)部可螺合到附連點(diǎn)中；另一可能性是將第一和第二懸置部件膠合至內(nèi)部框架，并且膠合至外部框架或中間框架部段。如圖8和9所示，第一和第二懸置部件32和76以超過90度的角度延伸，從而分別使內(nèi)部框架部段12A和接收器線圈116在內(nèi)部接收器線圈通道124中的中部位置處徑向地且縱向地偏置。上述單懸置結(jié)構(gòu)和雙懸置結(jié)構(gòu)可在至少ー些實(shí)施例中通過降低接收器線圈組件在接收器線圈上的振動(dòng)效果來改進(jìn)接收器線圈組件的信噪比SNR。在其它示例實(shí)施例中，可使用其它支承機(jī)構(gòu)，這些支承機(jī)構(gòu)包括三懸置彈簧并且利用泡沫來圍繞線圈，或者以降噪的方式將線圈定位在內(nèi)部框架中部的其它裝置。圖10示出用于內(nèi)部框架12A的另一可能懸置構(gòu)造。圖10所示的構(gòu)造類似于上文參見圖6和7所描述的構(gòu)造，但增加了中間剛性桿94，該中間剛性桿94在通道124中縱向地行進(jìn)，且該通道124位于內(nèi)部框架12A的相對(duì)兩側(cè)和由外部框架部件130、132、134或136所限定的壁之間。內(nèi)部框架12A的一側(cè)上的彈性懸置部件32各自在大約中點(diǎn)98處附連于其中ー個(gè)剛性桿94，而內(nèi)部框架12A的相對(duì)側(cè)上的彈性懸置部件32各自在中點(diǎn)98處附連于另ー個(gè)剛性桿94。桿94可將懸置部件系結(jié)在一起，以將施加于任何單個(gè)部件的力散布至多個(gè)懸置部件中。此外，桿94自身可用作能量吸收結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，桿94可破壞成較小的桿部段。可例如在專利申請(qǐng)PCT/CA2009/000607和U. S. 12/118，194中發(fā)現(xiàn)適合于用在接收器線圈組件112中的線圈懸置系統(tǒng)的又ー些示例實(shí)施例，且這些專利申請(qǐng)的相應(yīng)內(nèi)容以參見的方式納入本文。例如與以往由固定翼飛行器拖曳的魚雷式探測(cè)器(bird)相比，使用具有諸如接收器線圈拖曳組件112之類中部敞開結(jié)構(gòu)的矩形框架在至少ー些構(gòu)造中能以輕型且空氣動(dòng)力學(xué)的方式支承相對(duì)較大的環(huán)狀接收器線圈116。雖然接收器線圈拖曳組件已描述成具有帶有中部支承部件的矩形環(huán)狀構(gòu)造，但可替代地使用其它中部敞開框架型式，例如包括三角形構(gòu)造、五邊形或更多邊的簡(jiǎn)單多邊形構(gòu)造或者圓形或卵形或橢圓形構(gòu)造等等。
在一些示例實(shí)施例中，地球物理電磁(EM)探測(cè)拖曳組件系統(tǒng)100構(gòu)造成用在AFMAG型地球物理勘探系統(tǒng)中，其取決于例如在上述美國(guó)專利號(hào)6，876，202中示出的翻轉(zhuǎn)角或傾斜角測(cè)量值，該專利以參見的方式納入本文。在此種應(yīng)用中，姿態(tài)傳感器可位于接收器線圈組件112上，從而可檢測(cè)出該組件的定向，并且將該定向信息用在從接收器線圈組件所收集的信號(hào)中得到的傾斜角信息的計(jì)算中。例如，ー個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)可固定于線圈組件112來確定姿態(tài)信息?；蛘?，GPS接收器可在接收器線圈組件上放置于隔開的位置處，以追蹤其姿態(tài)。在這點(diǎn)上，圖5示出根據(jù)ー示例實(shí)施例的AFMAG探測(cè)系統(tǒng)200,該探測(cè)系統(tǒng)包括地球物理電磁(EM)探測(cè)拖曳組件系統(tǒng)100。如上所述，AFMAG系統(tǒng)對(duì)從自然發(fā)生的原始信號(hào)源中產(chǎn)生的EM磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。該AFMAG系統(tǒng)200包括地球物理電磁(EM)探測(cè)拖曳組件系統(tǒng)100和接地組件14。地球物理電磁(EM)探測(cè)拖曳組件系統(tǒng)100安裝于固定翼飛行器以被拖曳在一定探測(cè)區(qū)域上方，并且包括接收器線圈116和低噪聲放大器18。在一示例實(shí)施例中，接收器線圈116構(gòu)造成在飛行過程中具有垂直偶極定向，以提供沿Z軸線的電磁場(chǎng)測(cè)量。拖曳組件系統(tǒng)100連接于諸如計(jì)算機(jī)22之類的信號(hào)處理設(shè)備，該信號(hào)處理設(shè)備大體設(shè)置在飛行器內(nèi)部并且包括模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置(ADC)24，該模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置24連接成接收低噪聲放大器18的輸出。機(jī)載計(jì)算機(jī)22裝備有ー個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)構(gòu)件，這些存儲(chǔ)構(gòu)件可包括RAM、閃存、硬盤驅(qū)動(dòng)器或其它類型的電子存儲(chǔ)件，并且可構(gòu)造成對(duì)于從傳感器16所接收的信號(hào)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理功能。在一示例實(shí)施例中，拖曳組件系統(tǒng)100還包括空間姿態(tài)檢測(cè)裝置28，來對(duì)空氣組件12和特定線圈116在飛行中的滾動(dòng)、俯仰或偏航進(jìn)行補(bǔ)償，而橫滾、俯仰或偏航會(huì)致使由電磁傳感器線圈116對(duì)電磁場(chǎng)產(chǎn)生的傾斜角的測(cè)量發(fā)生異常?？臻g姿態(tài)檢測(cè)裝置28包括側(cè)斜儀裝置，該測(cè)斜儀裝置用于對(duì)線圈組件112尤其是傳感器線圈116在以任何給定量進(jìn)行飛行的過程中的滾動(dòng)、俯仰和偏航進(jìn)行測(cè)量。除了偏航測(cè)量以外，空氣姿態(tài)檢測(cè)裝置28可包括諸如羅盤之類使用磁場(chǎng)矢量的方向來追蹤飛行路線的裝置。在示例實(shí)施例中，線圈組件112或承運(yùn)飛行器104可包括全球定位系統(tǒng)(“GPS”)裝置，從而從傳感器線圈116和空間姿態(tài)檢測(cè)裝置28所獲得的數(shù)據(jù)能與地理位置和GPS時(shí)間相關(guān)聯(lián)，并且最終用于計(jì)算機(jī)22或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)26，以校正磁場(chǎng)傾斜角的測(cè)量，從而反映線圈組件112尤其是傳感器線圈116的運(yùn)動(dòng)，并使從傳感器116獲得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)與線圈組件112的空間姿態(tài)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。這使得探測(cè)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生能基于傳感器線圈116的空間姿態(tài)在飛行過程中的變化來進(jìn)行調(diào)整。在一示例實(shí)施例中，機(jī)載設(shè)備還包括地理地形測(cè)量裝置36，該地理地形測(cè)量裝置連接于機(jī)載計(jì)算機(jī)22以對(duì)地質(zhì)地貌進(jìn)行補(bǔ)償，否則這些地形地貌即使在地表面之下存在及其均勻的巖石情形下、會(huì)通過使傾斜角產(chǎn)生假異常而使水平磁場(chǎng)失真。地形地貌測(cè)量裝置36收集飛行后(或者在一些情形中實(shí)時(shí))的數(shù)據(jù)，來計(jì)算探測(cè)區(qū)域的地形地貌的傾斜角。在一個(gè)示例實(shí)施例中，地形地貌測(cè)量裝置36包括第一高度計(jì)裝置和第二高度計(jì)裝置，該第一高度計(jì)裝置提供與機(jī)載傳感器16在固定參考系(例如海平面)上方的絕對(duì)海拔有關(guān)的數(shù)據(jù)，而第二高度計(jì)裝置提供與機(jī)載傳感器16在實(shí)際探測(cè)地形上方的相對(duì)海拔有關(guān)的數(shù)據(jù)。在探測(cè)區(qū)域的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系中將相對(duì)海拔數(shù)據(jù)和絕對(duì)海拔數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以對(duì)探測(cè)區(qū)域的地形地貌進(jìn)行評(píng)估而能夠用于計(jì)算探測(cè)區(qū)域地形地貌的傾斜角。接地組件14構(gòu)造成放置在靜止基點(diǎn)上，并且包括至少ー對(duì)電磁傳感器17，該至少一對(duì)電磁傳感器通過低噪聲放大器19連接于接地組件計(jì)算機(jī)23。在一示例實(shí)施例中，電磁 傳感器17是接收器線圈，該接收器線圈構(gòu)造成提供沿X和Y軸線的磁場(chǎng)測(cè)量。計(jì)算機(jī)23包括模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置(ADC) 25，該模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置連接成接收低噪聲發(fā)電器19的輸出，并且該計(jì)算機(jī)裝備有ー個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)構(gòu)件，這些存儲(chǔ)構(gòu)件可包括RAM、閃存、硬盤驅(qū)動(dòng)器或其它類型的電子存儲(chǔ)件，并且可構(gòu)造成對(duì)于從傳感器17所接收的信號(hào)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理功能。接地組件還可包括GPS接收器，使得從傳感器17所接收的X和Y軸線數(shù)據(jù)能利用GPS時(shí)鐘時(shí)間而進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記，用以與由機(jī)載計(jì)算機(jī)22所記錄的Z軸線數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。(Z軸線是垂直軸線，而X和Y軸線使正交的水平軸線。)在一示例實(shí)施例中，由機(jī)載計(jì)算機(jī)22所收集的數(shù)據(jù)和由接地計(jì)算機(jī)23所收集的數(shù)據(jù)最終經(jīng)由相應(yīng)的通信鏈路30、32 (可以是有線或無線鏈路或者可包括存儲(chǔ)器介質(zhì)的物理傳輸)傳輸至數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)26，在該數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)26處，從傳感器16和17所獲得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)、從空間姿態(tài)檢測(cè)裝置28所獲得的姿態(tài)數(shù)據(jù)、從地形地貌測(cè)量裝置36所獲得數(shù)據(jù)以及從與空氣組件12和接地組件14中每個(gè)相關(guān)聯(lián)的GPS傳感器所獲得的GPS數(shù)據(jù)都可進(jìn)行處理，以使用例如在美國(guó)專利6，876，202中所陳述的技術(shù)來確定用于探測(cè)視域的翻轉(zhuǎn)特性。然后，該信息可用于確定探測(cè)位點(diǎn)的導(dǎo)電率型式，以識(shí)別未來探查的異常。因此，在一個(gè)示例實(shí)施例中，現(xiàn)在將借助非限制的示例來對(duì)接收器線圈組件112(還稱作“探測(cè)器”)進(jìn)行描述。在該示例中，探測(cè)器112容納多匝圈矩形環(huán)或線圈116以及它們的懸置系統(tǒng)和電子器件。在拖曳飛行中，線圈116的軸線名義上是垂直的。環(huán)路的尺寸由起飛和降落過程中在用于裝載環(huán)的拖曳飛行器下方可得到的空間所限制。在Cessna208B拖曳飛行器的情形中，借助非限制的示例，環(huán)尺寸沿側(cè)向方向可以是3m中心矩，而沿縱向方向可以是4m中心矩。在較大拖曳飛行器的情形中，例如在橫向上和縱向上高達(dá)8m的較大環(huán)可用于提供改進(jìn)的信噪比。例如在橫向上和縱向上是3m的較小環(huán)可在用于較小飛行器時(shí)提供有用的效果。敞開中部區(qū)域122所具有的尺寸恰小于線圈116的尺寸。環(huán)、懸置系統(tǒng)以及電子器件的質(zhì)量可例如大約是60kg，近似均勻地分布在接收器線圈支承框架的周圍，而在ー些實(shí)施例中，探測(cè)器可具有150kg上下的總質(zhì)量。在一個(gè)示例中，探測(cè)器112將具有內(nèi)徑至少為0. 22m的圓形橫截面的封閉空通道224以用于安裝環(huán)路。多個(gè)附連點(diǎn)設(shè)置在通道224的內(nèi)表面上以懸置線圈116。探測(cè)器112可沿著水平平面分開以打開通道，從而使得無需斷開環(huán)就可以安裝或維護(hù)環(huán)116和懸置件。
在一些示例實(shí)施例中，探測(cè)器112由電絕緣和非磁性的材料構(gòu)成，除了由黃銅制成的緊固件以外，還可使用鋁或316不銹鋼。探測(cè)器112的各部件是流線型且整流的，以使由經(jīng)過該探測(cè)器112的氣流所產(chǎn)生的振動(dòng)最小化。在探測(cè)飛行的一個(gè)示例中，探測(cè)器112通過IOOm線纜由處于80-120節(jié)(knot)空速的諸如Cessna 208B商用飛行器之類的固定翼飛行器拖曳。為了起飛、巡航以及降落，探測(cè)器112固定在附連于飛行器機(jī)身底部的支架(閉鎖系統(tǒng)150)中。在一些示例實(shí)施例中，拖曳線纜110可以是包括承載線纜的機(jī)電線纜，該機(jī)電線纜具有等同于RG58A/U共軸線纜或更佳的導(dǎo)電器，或者替代地可包含至少四個(gè)扭轉(zhuǎn)成對(duì)的至少AWG20。拖曳線纜110的承載線纜基本上由非磁性材料制成。拖曳和閉鎖組件包括液壓動(dòng)カ絞盤系統(tǒng)105，該絞盤系統(tǒng)安裝在飛行器104上，并且在飛行過程中在飛行器中操作者的控制下，該絞盤系統(tǒng)將探測(cè)器112展開并且回收到支架。在一個(gè)示例中，在拖曳飛行中，探測(cè)器112氣動(dòng)地穩(wěn)定，且用于環(huán)116的通道224的俯仰和滾動(dòng)姿態(tài)在水平±5°的范圍內(nèi)。在一些示例實(shí)施例中，探測(cè)器上的拖曳點(diǎn)可通過調(diào)整拖曳線纜緊固件144的位置而在地面上人工地前、后變化，以實(shí)現(xiàn)水平的飛行姿態(tài)。機(jī)電拖曳線纜的替代是使用非電氣拖曳線纜，并且使用電池操作的無線電遙測(cè)系統(tǒng)來將數(shù)據(jù)傳輸至飛行器。 對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員可理解的是，還可實(shí)踐本文所描述實(shí)施例的其它變型，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，其它修改也是可以的。
權(quán)利要求
1.一種用于固定翼飛行器的航空地球物理電磁(EM)探測(cè)拖曳組件系統(tǒng)，包括 接收器線圈組件，所述接收器線圈組件包括基本上剛性的管狀接收器線圈框架和接收器線圈，所述接收器線圈框架形成圍繞中部敞開區(qū)域延伸的連續(xù)內(nèi)通道，且所述接收器線圈各納在所述內(nèi)通道內(nèi)； 絞盤系統(tǒng)，所述絞盤系統(tǒng)用于固定于所述固定翼飛行器，所述絞盤系統(tǒng)具有固定于所述接收器線圈組件的拖曳線纜，并且構(gòu)造成將所述拖曳線纜伸出以在探測(cè)過程中在所述接收器線圈處于名義水平定向的情形下、將所述接收器線圈組件由所述固定翼飛行器懸出，以及構(gòu)造成將所述拖曳線纜收回以將所述接收器線圈組件拉拽到所述固定翼飛行器底側(cè)的收回位置中以便起飛和降落；以及 閉鎖系統(tǒng)，所述閉鎖系統(tǒng)用于安裝于飛行器底側(cè)并且具有可釋放閉鎖部件，以在所述接收器線圈組件處于所述收回位置時(shí)與所述接收器線圈組件配合。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接收器線圈框架由成對(duì)的隔開平行管狀側(cè)部框架部件形成，且所述成對(duì)的隔開平行管狀側(cè)部框架部件在其前端處由前部管狀框架部件互連，而在其后端處由后部管狀框架部件互連。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括細(xì)長(zhǎng)支承部件，所述細(xì)長(zhǎng)支承部件從所述前部管狀框架部件至所述后部管狀框架部件橫貫所述敞開中部區(qū)域延伸，其中所述拖曳線纜附連于所述細(xì)長(zhǎng)支承部件。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述閉鎖部件包括第一對(duì)和第二對(duì)相對(duì)的閉鎖臂，用于對(duì)所述細(xì)長(zhǎng)支承部件進(jìn)行可釋放地閉鎖，以在所述接收器線圈組件處于所述收回位置時(shí)與所述接收器線圈組件配合。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在干，所述拖曳線纜通過拖曳線纜緊固件附連于所述細(xì)長(zhǎng)支承部件，且所述拖曳線纜緊固件可在所述細(xì)長(zhǎng)支承部件上前后運(yùn)動(dòng)，以對(duì)所述接收器線圈組件的飛行姿態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管狀側(cè)部框架部件比所述前部和后部管狀框架部件長(zhǎng)，且垂直穩(wěn)定翅相對(duì)于飛行方向定位在所述接收器線圈框架的后端附近以助于使所述接收器線圈組件在飛行過程中懸置時(shí)保持沿恒定的方向定向，同時(shí)所述接收器線圈處于使其軸線垂直定向的名義水平定向中，并且所述后部管狀框架部件具有平的翼狀構(gòu)造。
7.如權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管狀側(cè)部框架部件和所述管狀前部和后部框架部件各自由上部和下部形成，且所述上部和下部能彼此分開而露出所述內(nèi)通道。
8.如權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括信號(hào)處理設(shè)備，所述信號(hào)處理設(shè)備用于從所述接收器線圈中接收代表響應(yīng)于自然發(fā)生電氣情形而產(chǎn)生的EM磁場(chǎng)的信號(hào)。
9.如權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接收器線圈彈性懸置在所述內(nèi)通道內(nèi)。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接收器線圈支承在弾性地懸置在所述內(nèi)通道內(nèi)的內(nèi)部框架部段內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述彈性部件從所述管狀接收器線圈框架的內(nèi)壁延伸至所述內(nèi)部框架部段。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述彈性部件設(shè)置成將反作用力施加在所述內(nèi)部框架部段上，以使所述內(nèi)部框架部段在所述內(nèi)部通道內(nèi)對(duì)中地偏置。
13.如權(quán)利要求I至12中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接收器線圈具有3米和8米之間的最小直徑。
14.ー種航空地球物理電磁(EM)探測(cè)系統(tǒng)，包括 固定翼飛行器； 接收器線圈組件，所述接收器線圈組件包括基本上剛性的管狀接收器線圈框架、接收器線圈以及細(xì)長(zhǎng)支承部件，所述接收器線圈框架形成圍繞敞開中部區(qū)域延伸的連續(xù)內(nèi)通道，且空氣能通過所述敞開中部區(qū)域而穿過所述接收器線圈框架，所述接收器線圈容納在所述內(nèi)通道內(nèi)，而所述細(xì)長(zhǎng)支承部件在所述接收器線圈框架的隔開位置之間貫穿所述敞開中部區(qū)域延伸； 絞盤系統(tǒng)，所述絞盤系統(tǒng)固定于所述固定翼飛行器，所述絞盤系統(tǒng)具有固定于所述接收器線圈組件的拖曳線纜，并且構(gòu)造成將所述拖曳線纜伸出以在探測(cè)過程中在所述接收器線圈處于名義水平定向的情形下、將所述接收器線圈組件由所述固定翼飛行器懸出，以及構(gòu)造成將所述拖曳線纜收回以將所述接收器線圈組件拉拽到所述固定翼飛行器底側(cè)的收回位置中以便起飛和降落； 閉鎖系統(tǒng)，所述閉鎖系統(tǒng)用于安裝于飛行器底側(cè)并且具有可釋放閉鎖部件，以在所述接收器線圈組件處于所述收回位置時(shí)與所述細(xì)長(zhǎng)支承部件配合；以及 信號(hào)處理設(shè)備，所述信號(hào)處理設(shè)備與所述接收器線圈連通，用以從所述接收器線圈中接收代表響應(yīng)于自然發(fā)生電氣情形而由所探測(cè)的地貌產(chǎn)生的EM磁場(chǎng)的信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接收器線圈框架由成對(duì)的隔開平行管狀側(cè)部框架部件形成，且所述成對(duì)的隔開平行管狀側(cè)部框架部件在其前端處由前部管狀框架部件互連，而在其后端處由后部管狀框架部件互連。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述細(xì)長(zhǎng)支承部件從所述前部管狀框架部件至所述后部管狀框架部件橫貫所述敞開中部區(qū)域延伸，其中所述拖曳線纜附連于所述細(xì)長(zhǎng)支承部件。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述閉鎖部件包括第一對(duì)和第二對(duì)相對(duì)的閉鎖臂，用于對(duì)所述細(xì)長(zhǎng)支承部件進(jìn)行可釋放地閉鎖，以在所述接收器線圈組件處于所述收回位置時(shí)與所述接收器線圈組件配合。
18.如權(quán)利要求14至17中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接收器線圈具有3米的最小直徑。
19.ー種使用固定翼飛行器執(zhí)行航空地球物理探測(cè)的方法，包括 提供接收器線圈組件，所述接收器線圈組件包括基本上剛性的管狀接收器線圈框架和接收器線圈，所述接收器線圈框架形成圍繞敞開中部區(qū)域延伸的連續(xù)內(nèi)通道，空氣通過所述敞開中部區(qū)域能穿過所述接收器線圈框架，而所述接收器線圈容納在所述內(nèi)通道內(nèi)； 在所述固定翼飛行器上提供絞盤系統(tǒng)，所述絞盤系統(tǒng)具有固定于所述接收器線圈組件的拖曳線纜并且構(gòu)造成將所述拖曳線纜伸出以將所述接收器線圈組件由所述固定翼飛行器懸出，以及構(gòu)造成將所述拖曳線纜收回以將所述接收器線圈組件拉拽到所述固定翼飛行器底側(cè)的收回位置中以便起飛和降落； 在所述固定翼飛行器的底側(cè)上提供閉鎖系統(tǒng)，所述閉鎖系統(tǒng)具有可釋放閉鎖部件，以在所述接收器線圈組件處于所述收回位置時(shí)與所述細(xì)長(zhǎng)支承部件配合；以及 在所述固定翼飛行器的飛行過程中將所述拖曳線纜伸出，以使處于名義水平位置中的接收器線圈框架懸置并且接收來自所述接收器線圈的信號(hào)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法,其特征在于,所述信號(hào)代表響應(yīng)于自然發(fā)生的電氣情形而由探測(cè)地貌所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
全文摘要
一種用于固定翼飛行器的航空地球物理電磁(EM)探測(cè)拖曳組件系統(tǒng)，包括接收器線圈組件，該接收器線圈組件包括基本上剛性的管狀接收器線圈框架和接收器線圈，該接收器線圈框架形成圍繞敞開中部區(qū)域延伸的連續(xù)內(nèi)通道，而接收器線圈容納在該內(nèi)通道內(nèi)；絞盤系統(tǒng)，該絞盤系統(tǒng)具有固定于接收器線圈組件的拖曳線纜，用以將接收器線圈組件延伸到探測(cè)位置；以及閉鎖系統(tǒng)，該閉鎖系統(tǒng)用于安裝于飛行器底側(cè)并且具有可釋放閉鎖部件，以在接收器線圈組件處于收回位置時(shí)與接收器線圈組件配合。
文檔編號(hào)B64D3/00GK102770784SQ201080058280
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者E·B·莫里森, E·湯森 申請(qǐng)人:吉?dú)W泰科航空物探有限公司