实施方案-航空磁力矢量测量仪20171106

航空磁力矢量测量仪实施方案目录1.总体目标和考核指标..................................................................................11.1.总体目标（空）................................................................................11.2.具体目标及考核指标........................................................................11.3.考核方式............................................................................................22.平台集成方案..............................................................................................22.1.平台情况（空）................................................................................22.2.载荷装机需求....................................................................................22.3.装机可行性分析................................................................................32.4.载荷装机方案设计............................................................................32.5.拟解决的关键技术问题....................................................................42.6.集成的周期和计划............................................................................43.试验验证......................................................................................................43.1.试验地点............................................................................................43.2.环境要求............................................................................................43.3.静态性能测试及评估（地面联试）................................................43.4.飞行性能测试及评估........................................................................54.应用示范....................................................................................................104.1.场景一..............................................................................................114.2.场景二................................................................错误!未定义书签。4.3.场景三................................................................错误!未定义书签。5.技术风险与对策........................................................................................1311.总体目标和考核指标1.1.总体目标（空）1.2.具体目标及考核指标载荷的主要功能：航空磁力矢量测量仪主要用于获取无人机飞行测线位置处地球磁场矢量磁场三分量值。航空磁力矢量测量仪具有以下的功能：具备机载飞行状态下连续工作能力具有按规定测量特定频段矢量磁场及其变化的能力具有单机加/断电控制功能具有从控制分系统接受指令的功能具有向数传分系统传输科学数据的功能具备科学数据在线存储的功能具有地面测试和飞行验证的功能载荷的主要技术指标：测量范围：+/-70000nT；分辨率：0.1nT测量精度：3nT；漂移率：0.1nT/d;采样率：20Hz姿态测量精度：优于0.01度（三轴）；重量：25kg。飞行验证指标：2三分量磁场矢量测量分辨率：0.1nT数据率：20Hz磁场标量测量精度：5nT磁场矢量测量精度：20nT1.3.考核方式通过实际飞行应用测试，验证航空磁力矢量测量系统的磁场测量准确度（包括磁场标量及矢量测量的不确定度）进行考核，并验证系统对于平台的适应性及可靠性是否达到设计指标；研制的硬件和软件通过专家评审。试验安排：采用地面测试和飞行测试进行性能考核，其中地面测试在试验室和机场停机坪进行。飞行测试计划开展3~5架次，测试在预先设置的试飞场地进行，分为验证、标校和评估三个飞行试验环节。2.平台集成方案2.1.平台情况（空）2.2.载荷装机需求无人机剩磁控制：飞机剩磁是磁场探测的主要干扰源，它是由磁性材料和电流体系产生的，根据以往型号的磁洁净控制经验，通过合理设计可以大大降低平台剩磁。磁洁净控制的对象包括飞机本体，发动机，电源系统和内部所有电子设备。飞机平台剩磁根据特点分为：硬磁、软磁和感磁。硬磁是材料在各种磁场环境下不变化的磁性。软磁是由于磁滞曲线导致不同状态下不确定性的特点。感磁是随着外部磁场变化的特点。硬磁是可以通过地面标定，作为一个常数直接消除的。感磁可以通过地面标定测量，通过实测数据反演消除，但是在平台内部磁场复杂的情况下这种方法失效。在一些情况下，功能需要硬磁材料往往不可避免，另外还可以通过增加一些硬磁材料局部进行磁补偿。3涡流磁场强度与地磁场大小、飞行器材料的电导率、摇摆频率和幅角成正比。为降低涡流磁场的影响，则需要对飞行器的结构尺寸、材料以及晃动频率、晃动幅值提出相应的要求。在测量作业过程中应尽可能地使飞行器保持平稳运行，降低摇摆频率和幅角。飞机平台上一些结构件由于强度问题，采用铁磁材料和软磁材料，会产生恒定磁场和感应磁场，影响磁测精度。从设计角度出发，为尽量降低飞机平台干扰磁场对于磁力矢量测量仪的影响，需要对飞机上干扰磁场较强部件进行更换。但是这种改装涉及飞机结构和组装，不仅需要委托飞机制造厂进行，还需要进行适航性审核，取得适航许可证。在这种前提条件下，本项目无法支撑飞机平台完成大规模改装，只能开展有限的针对平台的剩磁补偿。通过开展飞机平台大剩磁部件的剩磁补偿、变化剩磁的测量和分析建模工作，可以有效的降低飞机平台干扰剩磁对于航空磁力矢量测量仪的影响。在有限的改装条件下，实时测量飞机平台干扰剩磁，利用数据后处理方式，完成对飞机平台干扰剩磁的数字补偿和抵消。2.3.装机可行性分析依据各载荷的应用模式，确定无人机平台各设备的合理安装位置。对挂载后无人机的气动外形进行气动计算、配平特性分析及优化设计，进而确定满足总体设计指标要求的气动外形。2.4.载荷装机方案设计针对XX载荷对无人机飞行平台的飞行要求，并结合无人机的具体性能指标，完成系列化彩虹无人机XX系统集成安装。系统集成安装的主要研究内容涵盖：结构接口设计与防振设计外形改进和气动设计（对气动性能的影响）电气设计通信接口设计环控和电磁兼容性设计。42.5.拟解决的关键技术问题2.6.集成的周期和计划航空磁力矢量测量仪已经完成试样的研制工作。为了满足无人机平台的安装要求，需要进行适当的接口修改和试配工作，包括转接支架的设计加工、电缆网改造、通讯接口协议修改等工作，计划完成时间为6个月。3.试验验证3.1.试验地点在航空磁力矢量测量仪设备前期开展的集成试验中，已经在内蒙古锡林郭勒盟建立了地磁矢量校飞场，本试验计划在同一片校飞场进行，可以完成磁场测量数据的评价及考核。3.2.环境要求航空磁力矢量测量仪对于无人机平台的剩磁干扰非常敏感，需要无人机平台对于磁场传感器安装至飞机头部远离强磁干扰的区域。具体剩磁指标待定。3.3.静态性能测试及评估（地面联试）地面测试分为静态测试与动态测试两种状态，静态测试主要针对平台的固定剩磁，通过平台不同指向，测量出平台静态剩磁的大小及方向；动态测试需要在启动发动机和飞机滑行状态下，测量多种工况下平台的磁场变化扰动。静态测试：静态测试时，首先在无人机磁力矢量测量系统的预定安装位置处，架设独立固定的磁强计进行磁场测量，随着无人机平台移动，可以测量出由载机平台自身剩磁所带来的磁场干扰。将平台按照不同的指向停放，重复上述测量，确定不同方向时5产生的磁干扰，进而确定并分离平台的剩磁与水平方向的感磁。同时在场地周围布设环境监测磁强计，以剔除由于环境磁波动干扰造成的影响。图1地面静态剩磁测试动态测试：在启动发动机和飞机滑行状态下测试。将两套地面磁强计安装在滑行道侧面，距离滑行道中线10m、12m，连线与飞机平台滑行方向垂直。测试过程中飞机平台从距离地面磁强计100m外沿滑行道匀速直线滑行，滑行速度30±10km/h，至离开地面磁强计100m后调头，再沿滑行道重新通过地面磁强计测量位置。利用两台地面磁强计的读数，可以计算飞机平台的剩磁矩和感磁在水平方向的大小及方向。本项试验预计安排2次。图2地面动态剩磁测试3.4.飞行性能测试及评估飞行测试计划开展3~5架次，测试在预先设置的试飞场地进行，分为验证、标校和评估三个飞行试验环节。监测磁强计地面监测磁强计63.4.1飞机改装后适应性飞行试验验证飞机改装增加的伸杆结构对无人机结构、重心和气动性能的影响，评价其在起飞、降落、巡航中飞行操纵性能和飞行品质的影响程度，验证飞机改装后安全性和飞行性能。本飞行试验还用于验证航空磁力矢量测量系统对于平台的适应性，验证系统的安全性、可靠性，与飞机接口的协调性以及对于飞机飞行性能的影响。飞行速度与高度、姿态、稳定度无特殊要求，飞行包线覆盖飞行作业工况。本项试验飞行安排1架次。3.4.2干扰磁场的补偿参数检核飞行试验用于确定飞机干扰磁场的补偿参数，需要在磁场稳定均匀的环境进行特定的飞行动作，以测量飞行平台的剩磁，以及飞行过程中产生的感应磁场和涡流磁场，以便消除飞行平台所产生的干扰磁场。本项试验飞行安排1架次，也可以与其他试验合并完成。飞行场地选择边长为4000米到8000米的正方形区域，其磁场变化不超过200nT，为了避免地表磁场干扰，要求飞行高度2000~3000m。飞机在实验场地，按照北-西-南-东的顺序按正方形边长和正方形的两条中心线飞行，即有效轨迹为“田”字型，每个航向都至少包含一个标准的俯仰和滚转动作。标准动作指25°正弦运动。飞行期间要求飞机速度稳定，无大功率剧烈飞行动作，无冗余用电设备开机，飞行轨迹应尽可能重复数周。飞行器在完成姿态仪的适应性飞行之后，开始磁干扰补偿飞行，飞行轨迹按照下图所示的方式进行。一个完整飞行周期的补偿飞行线路由6条单方向的补偿飞行线和3