一、无人机低空航磁测量产业概述 

（一）无人机低空航磁测量技术概述 

航空磁力测量，又称航空磁测，是航空物探领域中使用最早、应用最广的一种磁测方法。该磁测方式最早可以追溯到第二次世界大战期间，是由于水下反潜需要而发展起来的一种技术，战后被应用于石油、天然气以及其它矿产勘探；航空磁测将磁传感器及其配套的辅助设备装载在飞行器上，通过探测由地下矿体磁性差异引起的磁异常，实现对石油、天然气等矿产资源的快速普查，在资源勘探和地球科学研究工作中发挥着重要作用，在军事国防领域也有着广泛的应用。

无人机(UAV)是一种有动力、可遥控和回收的飞行器，它能携带多种仪器设备和执行多种任务。无人机航空物探测量系统具有小型化、智能化、重量轻、尺寸小、费用低、续航能力强等特点，便于运输和使用，而且其机动性高，能在复杂地形区进行测量，并可以保持较低的飞行高度，目前已受到世界航空地球物理公司的广泛关注。

（二）无人机低空航磁测量产业特征分析  

时至今日，航空磁测已有70余年的发展历程。最初时期，航空磁测主要使用感应式磁力仪或磁通门磁力仪测量地磁总场强度(TotalMagneticIntensity，TMI)。后来为了消除区域磁场和随时间变化磁场的影响，提高磁测精度，研究发展了磁梯度测量，即利用光泵磁力仪测量地磁场模量的水平和垂直梯度。20世纪90年代中期以后，欧美等西方航空物探强国开始将注意力聚焦于航磁矢量测量。此后，航磁矢量测量相关理论技术得到了快速发展。纵观整个航空磁测发展史，其发展历程可分为三个阶段，如下表1.1.2-1所示：    

表1.1.2-1

航空磁测的发展经历了由传统的单一TMI测量到后来的TMI梯度测量，再演化为现在的磁矢量测量的过程。航空测磁的总体发展趋势由单一标量磁测对象转向多信息的矢量场或多参量测量，而三分量磁测即为当前航空磁测发展的主要方向之一。

而磁力仪作为航空磁测的心脏，其重要作用不言而喻，目前主要使用的航空磁测磁力仪为磁通门磁力仪、质子磁力仪(核子旋进磁力仪，欧弗豪泽效应磁力仪)、光泵磁力仪(电子旋进磁力仪)、超导量子磁力仪、原子磁力仪。高端的磁力仪已经被美国、加拿大、澳大利亚等技术发达国家列为军事装备，禁止对外出口，技术壁垒高度可想而知。为了充分发挥高精度测量仪器的作用，近几年来，各大地球物理测量公司都加强了相应的高精度数据采集系统及处理软件的开发力度。    

航空磁测飞行器载体的选取需要综合考虑以下几点因素：安全性、使用便捷性、成本以及负载续航能力。如表1.1.2-2列出了上述几种飞行器载体使用对比情况，从图中可以看出，固定翼飞机及旋翼直升机等有人机在负载和续航能力上较为突出，但该类飞行器对后勤保障有较高的要求，使用维护费用较高。相对而言，无人机可以通过地面远程操控，使用时更具灵活性。此外，地下矿体引起的磁异常随空间距离衰减较为严重，有人机飞行时需要保持一定的安全飞行高度，这无疑增加了磁异常探测难度。无人机可以根据预设的飞行路线进行超低空飞行。相比有人机，无人机载体具有智能化、成本低、安全性能高以及使用便捷等优点，可实现高海拔、远洋等复杂区域测量。因此，基于无人机平台的航磁测量为一个重要发展趋势。

表1.1.2-2

在测量定位方面，卫星定位系统不积累误差，适合长时间的定位任务，但是在短时间内的定位精度不及先进的惯导系统。较大尺度的航空磁测通常使用卫星定位，而小尺度的磁测任务则多采用卫星/惯导组合导航的方案。

航磁补偿技术经历了长时间的发展，从最初的“硬补偿”逐渐演化到现今的“软补偿”。硬补偿通过在传感器附近添加磁性源来抵消航磁干扰。固有磁场干扰可以用一个通有直流电的线圈来补偿；感应磁场干扰可以通过附加高磁导率材料大致去除；而涡流磁场干扰可以用一个闭合线圈来模拟。载体产生的干扰取决于飞行平台的类型和传感器的安装位置，因此硬补偿在每次飞行前都要进行大量的实地测量和调试，操作复杂，精度却较低，故而逐渐被软补偿方法取代。    

航空磁力测量属于高精尖技术，美国Geometrics公司推出的G-824A型航空铯磁力仪及以后的型号，主要技术指标：测量范围为20，000~100，000nT;灵敏度<0.3pT/√HzRMS，采样率为50Hz时90%的读数落在0.01nTP-P包络内，采样率为1000Hz时90%的读数落在0.1nTP-P包络内;采样率达1000Hz;方位误差为±0.15nT;绝对准确度<3nT。需要得到美国出口许可才可以购买，世界上目前有能力进行研发的只有中国以及美国、加拿大、澳大利亚、德国、日本、英国、法国、俄罗斯等一小部分发达国家，其余国家均需上述国家提供技术支持才能开展相关工作，但由于部分跨国能源垄断企业(例如BHP比斯顿公司、淡水河谷公司等)进行全球探矿工作，促进了全球航磁测量产业的发展。

二、全球无人机低空航磁测量产业发展分析  

（一）全球无人机低空航磁测量产业发展状况  

英国Magsurvey有限公司2003年报导了PrionUAV航空磁测系统，其机身长1.8m，翼展3m，系统最大长度为3.2m，可以携带1个铯蒸汽磁力仪(也可以在翼尖安装2个铯蒸汽磁力仪以进行梯度测量)、1个激光高度计、实时DGPS和1个3轴磁通门磁力仪。PrionUAV是1个拥有通用机翼的组合式系统，可以用轨道或弹射器发射，并可以回收，其发射台具有可折叠功能，便于运输。

加拿大万能翼地球物理(UniversalWingGeo-physics)公司2004年推出了UAV航磁系统，2005年又对其进行了完善和测试，特别是通过替换全部铁质材料，采用了铝壳锂电池，将磁噪声水平减少到工业标准水平。该系统装备有铯蒸汽磁力仪、GPS、激光高度仪和磁通门磁力仪。只要有70km/h的任何一种交通工具，在移动200m左右的距离后，便可以应用一种特殊的装置发射该UAV系统。特殊定制的自动驾驶功能可以使该UAV系统在离地40~80m的高度进行网格测量飞行。该UAV系统的发射地方距测区最远可达100km，并能够在离地20m的高度掠地飞行。万能翼地球物理公司还对该UAV进行了特殊改装，使其能在–35℃以下低温和28kn以上大风环境下进行测量。2004年8月，用该UAV系统完成了650km的磁力测量任务。2005年，该UAV系统在位于北极的Diavik钻石矿区进行了飞行测量，其采集的磁数据的质量与传统方法采集的磁数据的质量相似，在金伯利岩上获得了明显的异常;完成了2次商业测量，即Vancouver岛的山区的小范围测量和加拿大西北地区NormanWells附近的测量工作。万能翼地球物理公司准备采用目前的配置取代地面磁测，以及起飞和着陆地适合UAV飞行的各种航空测量。    

通过研究和开发，Fugro公司2004年推出了高精度无人机航空磁力测量系统GeorangerⅠ，为沿海和远离机场地区的数据采集提供了一种安全有效的测量手段，也进一步增强了Fugro公司的航空测量能力。该UAV时速可达75km/h，能够持续飞行10h，并具有三维空间全自动飞行能力，可以在距测区很近的地方发射和回收。GeorangerⅠ采集的航磁数据质量较高，有时甚至好于固定翼飞机的标准。在定位准确性和升降速度方面远远超出了传统有人驾驶飞机所能达到的标准。2005年，Fugro航空测量公司又升级了Georanger高精度航空磁力系统。新的UAV具有3m翼展，重18kg，续航时间15h，巡航速度100km/h，采用小支架发射和回收系统，收发场地可选择在测区附近未经整理的荒地或船只上。Georanger技术的进步还包括地球物理数据和UAV姿态参数的连续遥测技术、自调节发射、回收和具有事后补偿的铯蒸汽磁力仪、自调节3D或沿地形起伏飞行能力、长程铱星遥控技术、雷达高度计，以及从单一地面控制站操作多个UAV的能力等。在魁北克Gaspé地区用Georanger进行了几次测量，取得了较好的效果。    

图1.2.1-1无人机航磁平台

在二十世纪八十年代以前，国外的航磁补偿系统以硬补偿为主。有代表性的产品有1960年代加拿大推出的AN／ASA-65(9)型半自动补偿器和美国人Passier发明的用于PR4-141飞机的方位函数补偿器。这一时期的硬补偿方法较为耗时，通常需要30~45分钟的现场测量与调试，而且补偿精度不高(0.1~1nT)。与此同时，美国、加拿大和法国的研究人员不断探索着航磁补偿的数值方法，前后申请了关于飞机恒定场补偿、感应场补偿、涡流场补偿以及总体干扰全自动补偿的多项专利。

数字航磁补偿仪的商业化始于1983年，当年加拿大Sonotek公司推出了世界上首台全数字全自动航磁数据采集与补偿系统，称为“自动航磁数字补偿器”(AADC)。该系统可以同时补偿多个磁力仪，补偿后总场剩余小于0.05nT(FOM)，总场梯度剩余0.09nT/m(FOM)。在AADC的基础之上，RMSInstruments公司进一步研制了第二代航磁数字补偿系统AADC-Ⅱ。图1.2.1-2展示了AADC-Ⅱ的外部构造，该系统可以以10Hz采样率采集20，000~100，000nT的磁场，分辨率为0.001nT；补偿后数据的标准差在0.035~0.08nT之间，改善率为10~20倍。完成补偿共耗时6~10min。    

图1.2.1-2

2006年，RMSInstruments公司进一步推出了DAARC500“数据采集与自适应实时航磁补偿器”，如图1.2.1-3它的各项指标与AADC-II相近，但是加入了自适应功能，简化了补偿飞行的流程，将补偿耗时减小到6~8min。DAARC500航磁数据采集与补偿系统DAARC500代表了世界先进水平，该产品也使得RMSInstruments公司在市场中长期处于主导地位。

图1.2.1-3

为了在航磁测量中对机身进行磁补偿，加拿大的PicoEnvirotec(PEI)公司开发了能够在飞行后产生补偿系数或即时磁补偿的软件包—PEIComp。PEI同时还提供用来进行地图配准和绘制测区飞行路线的测量准备软件—PEIConv。加拿大的ScottHogg＆Associates地球物理软件公司也发行了一套新的航空磁力补偿软件—CMAG4。该软件可以同时处理四个磁力仪的输入，并能进行事后补偿。这套软件已经成功地应用在多种固定翼和直升机测量系统上。

在数据采集方面，2005年Fugro研发成功了FASDAS数据采集系统，该系统能够采集频率为1000Hz的低噪声、高密度数据，并且能够及时地对数据进行检查以删除不需要的信号。加拿大的Terraquest公司在KroumVS仪器公司的帮助下开发了一套性能先进、使用简单的数据采集系统———SDAS，该系统应用商用掌上电脑将数据记录在一张闪存卡上，大大减少了采集系统的重量和体积，为航空物探测量技术的小型化、便携化奠定了良好基础。SDAS具有四道图形显示功能，并且在飞行中可选择是否进行图形显示。    

在数据处理方面，各大航空地球物理测量公司都进一步完善其原有软件的功能，并相继开发出新的商业化专业数据处理解释软件。数据处理和成图系统也都成功移植到个人PC或工作站上，实现了三维正反演计算及可视化人机交互解释，处理解释技术日趋完善，逐步形成了一系列完整的处理解释系统。

除此之外，加拿大的GoldakAirborneSurveys公司还研发了一种姿态校正系统。该系统应用多个高精度GPS接收机测定飞机的姿态，并同步自动测量磁梯度向量，大幅度减少了调平校正工作量，并使复杂地形条件下的飞行测量保留大量细小信息。该公司还开发了新的高精度数字航迹测量系统，该系统包含1台数码相机，能够以2.5祯/s的速度记录高精度影像，并可以在Geosoft公司的Oasismontaj中与地图、数据库相互连接查看，实现快速有效地识别航磁测量中的人文干扰。SGL也提供MPEG4格式的航迹数字录像，该录像与应用GPS时间同步的其他数据流相匹配，可以应用标准的Windows软件进行方便的查询和控制。

（二）全球优势国家或地区产业发展趋势  

2.1加拿大  

加拿大Scintrex公司(ScintrexLimited)制造了CS-3铯磁力仪，加拿大还有一家制造铯磁力仪的CAE公司，多年来为加拿大和其他国家与地区(包括台湾)供应了2000套MAD系统。最近推出AN/ASQ-508(V)型，据称探测潜水艇的距离为1200m。AN/ASQ-508(V)安装在飞机尾锥或直升机机舱内。

加拿大GEM系统公司(GEMSystems，Inc.，以下简称GEM公司)研发了质子磁力仪、欧弗豪泽效应质子磁力仪和钾磁力仪。GEM公司是第一家将钾磁力仪投放市场的公司。GEM公司的钾光泵磁力仪有用于航空标量测量和/或梯度测量的，有用于台站作矢量测量的，也有用于地面测量的。GEM公司钾光泵磁力仪的主要特点是精度高、方位误差小、重量轻、定位准。用于飞机和直升机的GSMP-30A型航空钾磁力仪/梯度仪的技术指标：测量范围，20，000~100，000nT;灵敏度，0.7pT/1Hz;分辨率，0.1pT;绝对准确度，±0.1nT;采样率为1、5、10、20Hz;梯度容忍度为2，500nT/m;磁力仪探头重量1.5kg;电子设备盒重量0.63kg。GEM的MiniMag型钾磁力仪可安装在无人飞机(UAV)上进行磁测。

从20世纪70年代中开始，加拿大为了研究新一代反潜战磁力仪，执行一项SQUID计划。用铌(和铌合金)制成点接触RF-SQUID磁力仪，采用梯度装置，装入盛有4°K液氦的杜瓦瓶中。SQUID梯度装置适合于直升机使用，快速飞行或悬停均可。直升机有许多铁质器件和良导性的表面，因而产生许多磁干扰。将安装有梯度装置的吊舱用缆绳吊放在直升机下方，远离干扰源。SQUID用电池供电，用光纤与直升机内的数据收录系统相连。经过静态试验、内河水面试验，了解各种噪声源，重新设计避免这些噪声源的传感器，制造出低运动噪声的系统，于1998年进行了试验飞行。飞行试验取得部分成功，整个系统的噪声在设计指标两倍之内。

德国国防部从20世纪80年代末起，大力资助航空SQUID梯度测量研究工作，从1997年起由物理高技术研究所(InstitutfurPhysikalischeHochTechnologie，IPHT)承担研发任务。    

加拿大和德国从1990年代早期起就在SQUID技术方面开展合作，交换磁异常探测技术信息。加拿大将第一个吊仓借给IPHT于2001年秋进行最初的飞行试验。德国研制SQUID梯度仪参考了加拿大的经验。本世纪初德国IHPT制成的LTSSQUID航空全张量磁梯度仪系统，共有9个SQUID安装在低温恒温器中，6个用作梯度测量，3个用作磁场测量，磁力仪是铌薄膜DC-SQUID。梯度仪中两磁力仪的间距(baselength)为3.5cm。三个互相垂直的参考磁力仪的灵敏度为1pT/√Hz。低温恒温器直径23cm、高90cm，最大液氦容积约15L。SQUID的电子线路安置在低温恒温器顶上。整个系统装在一个圆柱形的筒子内(吊舱)。系统的数据收录箱在低温恒温器之上接近吊舱顶部。收录箱内还装有一个DGPS接收器和惯性系统单元(INSu-nit)。GPS天线装在吊舱顶部。取样率1kHz并与GPS取样同步。使用BellUH1-D型直升飞机进行试验时，吊舱吊放在直升飞机下方95m处。使用Cessna208型飞机进行试验时，吊舱(实际上是一个圆筒)竖直地安装在尾锥的后端。一个重要的措施是装备了惯性系统，惯性系统提供3个角度(俯仰、横滚、偏航)，可以确定系统的取向。利用这些数据由GPS测得的位置可以计算出SQUID梯度仪的实际位置。利用这个系统测得了100km25个独立的张量元素，在世界上是第一次。随后德国的IPHT和Supracon公司取得了一些技术突破，他们创制了`世界第一'的全张量航空磁力梯度仪，名为`JESSYSTAR'。JESSYSTAR的功能和飞行指标有很大的改进。

2008年系统安装在一个新型吊舱中，这个直升机使用的吊舱是南非EpsilonEngineering公司和SpectremAir公司设计制造的，它的外形像一条大尾巴金鱼。这个吊舱改善了平衡与动力学特性，使运动噪声降低，因而磁场分辨率得以提高。惯性导航的精度更高了，角分辨率0.1°。吊放距离缩短到40m。新一代SQUID梯度仪大大降低天电和外部干扰。带宽DC—500Hz，噪声水10-2nT/m/√Hz。该系统已成功投产，进行航空地球物理测量。   

2010年，加拿大卡尔顿大学与Sander地球物理公司合作研发了GeoSurvII无人机航磁系统。

2011年，在加拿大格兰维尔省开展了8.5km的应用试验，飞行高度50m，并与有人驾驶固定翼航磁数据和地面磁测数据进行了对比。结果显示，该无人机航磁系统的磁场强度分辨率和地面磁测分辨率相当，优于有人驾驶航磁系统。两个铯光泵磁力仪安装在系统翼尖的两端，可收录水平磁场梯度数据。2014年，研究人员对该系统进行了弱化无人机磁场性特征技术的研究，极大改善了无人机的总体磁性特征。

2.2澳大利亚  

澳大利亚从1992年开始各州实施一系列矿产勘查计划，南澳大利亚州矿产勘查开创计划(SAEI)、昆士兰州的GEOMAP计划、维多利亚州的矿产与油气开创计划(VIMP)和新南威尔士州的“发现2000”矿产计划。

澳大利亚联邦科学工业研究组织(CSIRO)和五个矿业公司合作正在研制使用HTS-SQUID的航空张量磁梯度仪GETMAG(透视地球航空张量磁力梯度仪，GlassEarthTensorMagneticAirborneGradiometer，GET-MAG)，用于地质调查和矿产普查。澳大利亚国防科学与技术组织(DSTO)和CSIRO共同出巨资，研究航空圈定和识别潜水艇的新方法，要求用与GETMAG相同的设计概念为PC3Orion飞机研制新型的MAD系统(magneticanomalydetec-torsystem)，命名为MAGSAFE。GETMAG初步试验结果：HTS-SQUID旋转张量梯度仪安装在吊舱内，由直升机吊放，进行飞行试验，飞越一个人工磁偶极子。吊舱内还装有磁通门磁力仪、倾斜仪、回旋仪和GPS接收机以调平、定位。在作了俯仰、横滚、偏转改正后，沿测线测得的梯度张量与理论计算所得结果相符合。在矿产勘查工作中，磁张量梯度测量的主要优点：有矢量测量的好处而无需严格定向;张量要素具有真正的位函数特征，可进行精密的延拓、化磁极和磁化强度填图等等。    

MAGSAFE初步试验结果：CSIRO和DSTO正在研发的一种高温超导旋转梯度仪，已经完成了设计制造并进行了试验。在最好的情况下，灵敏度为0.05nT/m(采样率10次/s)，设计的灵敏度为0.001nT/m。因此还需要大力改进完善。还要探讨如何将MAGSAFE应用在无人航行器上的问题。CSIRO还在研发一种供水下使用的，不用旋转传感器设计的HTS张量磁力梯度仪。这种系统至少需要10个传感器。澳大利亚科学家目前还没有取得完全的成功。

2.3美国  

美国在航空磁测方面，广泛应用氦4光泵磁力仪，而且还在不断地研究、开发、创新改进。美国拍拉托密克公司(Polatomic，Icn.)为美国海军研制的Polatomic2000(P-2000)，是激光光泵氦4磁力仪，采用梯度装置。将P-2000安装在P3C飞机上进行了飞行试验，P-2000的噪声水平(noisefloor)低于0.1pT/Hz`/2。

2004年10月10~15日，美国丹佛召开的美国SEG第74届年会期间，SEG的重磁委员会主办了磁力梯度测量专题讨论会，研讨了磁力梯度测量在勘查、环境调查和近地表地球物理方面的作用。宣读的论文包括寻找金刚石，石油勘探和地质填图、磁力梯度测量在考古、探测UXO、寻找金刚石、石油勘探和地质填图等方面的应用。在梯度测量中使用气态碱金属光泵磁力仪和超导磁力仪(SQUID)。

美国特瑞斯坦技术公司(TristanTechnologies，Inc.)研制的三轴SQUID磁力仪(ModelG3773-axis77KGeophysicalMagnetometerSQUIDSystem)可以同时测量地磁场三个分量的相对变化。八道磁力仪/梯度仪排列还可用于移动调查，如UXO探测，航空探矿和环境废物探测等工作。    

美国橡树岭国家实验室环境科学部利用多个高温超导磁力仪组成梯度仪排列，安装在直升机上探测UXO。TristanTechnologies公司与普林斯顿大学(RomalisM教授等)合作，得到美国国防部资助，研发一种新型飞特级的(fT-level)原子磁力仪。该装置是一个两道无屏蔽的原子磁力仪，在Tristan制造并测试。在噪声水平为5nT/√Hz的工业环境下操作，磁力仪的灵敏度为2pT/√Hz。在Tristan制造的磁力仪的固有的灵敏度等于10fT/√Hz。辨识了主要噪声源，拟定了开发在飞机上运行的下一代系统的计划。他们的最终目标是探测磁异常的灵敏度优于1fT.，探测距离大于9，000ft(2743m)。

三、国内无人机低空航磁测量产业发展分析  

（一）国内无人机低空航磁测量产业发展状况  

“十一五”以来，经过三个“五年规划”的科学技术创新与应用，攻克了相关理论和核心技术难题，促进了国内航空物探的自主创新能力和勘查技术水平的大幅度提高，实现了全系列、先进实用的航空物探勘查系统和技术的自主研制，填补了多项国内理论、技术和装备空白，打破了国外技术封锁和垄断，并通过结合地质调查项目的实施，实现了工程化应用。

我国国土资源航空物探遥感中心2003年研制成功新一代(HC-2000)航空氦光泵磁力仪，采样率可在1~15Hz范围内调制，灵敏度达到0.3pT/Hz1/2，测量范围为35000~65000nT。杭州瑞声海洋仪器有限公司推出RS-HGB4B型航空4He光泵磁力仪，测程：35000~70000nT，采样率0.2~10Hz，静态噪声≤0.01nT，仪器系统频率响应≥10Hz。    

许多国内的科研单位都自主研制了基于固定翼平台的航磁测量与补偿系统，其中具有代表性是中国国土资源航空物探遥感中心(航遥中心)2002年推出的SCI型航磁自动化数字补偿仪，其量程为20，000~100，000nT，分辨率为0.001nT，总场补偿后标准差为0.035nT(典型值)，标准差改善比为10~20倍。十一五期间，航遥中心进一步研制出AGS-963型多通道航磁梯度补偿仪。AGS-963的外部构造如图1.3.1-1所示，它的量程为10，000~100，000nT，分辨率为0.0001nT，总场补偿后标准差在0.019~0.080nT之间(典型值为0.035nT)，改善率为12.7~89.0。AGS-963型多通道航磁梯度补偿仪已达到国际先进水平。目前国内航磁测量系统发展程度如下图1.3.1-2所示。

图1.3.1-1

表1.3.1-1

我国无人机低空航磁产业起步较晚，但在2012年至2015年短短的三年时间里，中国地质调查局组织多家科研单位，共同研制完成了世界上第一套“彩虹-3”中型无人机航空地球物理综合测量系统，如表1.3.1.1，开启了无人机在地质调查矿产勘查民用领域的使用。2015年，经过3个月的野外工作，中国地调局地科院物化探所“基于无人机的航空物探(电/磁/放)综合站测量技术研发与应用示范”项目组在克拉玛依低山地区应用长航时、全夜航测量模式，安全、高效、高质量地完成了总计13000余测线千米高精度无人机航磁、航空(磁/放)试生产任务，圆满完成年度试验及试生产作业，检验了综合站的实用化性能，野外原始资料满足规范要求并顺利通过验收。这标志着我国自主研制的无人机航磁及磁/放综合测量系统基本实现实用化，具备了推广应用的基础。 

图1.3.1-2

中科院上海微系统所(常凯等，2015)研发了一种基于LTSSQUID的无人机航空超导磁测系统，基于Barewasher构型的SQUID超导薄膜可有效抑制地磁场引起的磁通陷入，基于SQUID自举电路(SBC)技术实现低噪声直接读出磁场信号，该系统灵敏度优于1pT/√Hz，环境场下量程达到60μT，可实现地磁场的垂直三分量磁场同步测量。同年，中科院上海微系统和信息技术研究所研制一种可基于GPS在硬件层面上通过重采样技术实现数据实时同步的低温超导磁力仪(伍俊等，2015)，数据同步精度优于1μs，并在GPS信号丢失后仍能在50s内通过数字锁相环保证数据的同步精度，为磁法勘探和航空全张量磁梯度测量等领域奠定了坚实的基础。中科院上海微系统和信息技术研究所和吉林大学(荣亮亮等，2016)基于欠阻尼低温SQUID和单片读出技术构建了一种高性能低温SQUID传感器，通过与空心线圈瞬变电磁系统的对比实验，验证了低温SQUID对地球深部信息的探测能力，标志着我国在高端技术方面已经取得了较大成果。    

2017年9月23日，在天津举办的2017年中国国际矿业大会上，地质调查新兵——我国的“彩虹-4”物探专用无人机就已经亮相了。当时是正在研制当中，计划的是2018年试飞，2019年正式投入使用。如果一切顺利进行，则标着着我国无人航空物探领域装备更加成熟和完善，即将迎来新的篇章。1、最大有效载荷达345公斤，可以实现同时搭载航磁、航重和航放等航空地球物理探测设备；2、巡航速度可达每小时200公里，这一巡航速度是与机载多种地球物理探测装备完美匹配，飞行高度可以降低到规范要求，从而实现大中比例尺的航空地球物理探测工作；3、续航时间可达40小时，续航里程可达4000公里，使用超视距通讯链路控制距离可达2000公里以上，为航空地球物理向深蓝远海进军提供了保障；4、可在距地面120-180米的高度稳定飞行，最大飞行高度可达7300米，使用升限在6000米以上，可实现在青藏高原开展航空地球物理探测工作。

2017年国家重点研发计划设立重点专项“机载高精度磁力仪”，用于陆地及海洋资源勘探。该项目由上海通用卫星导航有限公司牵头组织，共有清华大学、上海航天电子技术研究所、国家海洋局南海调查技术中心等7家单位参与其中。主要研发成果包括GSN-882铯光泵探头、GPS差分接收机(中海达SKY2)、航姿模块(HEC395)、激光高度计(GLS-B1000)。

2020年，航测遥感中心测绘地理信息院与正元地球物理有限责任公司、河北捷泰探测技术有限公司、加泰科(深圳)科技有限公司、成都纵横大鹏无人机科技有限公司联合开展无人机航磁测量技术研究。通过对纵横CW-15垂直起降无人机进行改装，搭载加泰科GTK-R15型铷航磁仪，在内蒙古额济纳旗进行无人机航磁数据采集。由于作业区在戈壁滩内，路途较远，风沙较大，为保证项目的顺利实施，项目组积极准备，利用早、晚时间段开展航测数据采集作业，日飞行700测线公里，数据精度满足任务要求，圆满完成数据采集任务。  

（二）国内无人机低空航磁测量产业政策环境  

“十一五”以来，国家和社会对航空物探的需求迅速增加，同时也刺激了航空物探技术及应用的快速发展。为了增强航空物探技术创新能力与应用效果，国家高技术研究发展计划(863计划)先后于2006年、2012年启动“航空地球物理勘查技术系统”重大项目、“航空地球物理勘查技术与装备”主题项目;2017年启动国家重点研发计划“深地资源勘查开采”专项航空物探项目群。

2006年，国务院2006年2月9日发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020年)》(以下简称《纲要》)。《纲要》指出，今后15年，科技工作的指导方针是：自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来。纲要提出7个水和矿产资源优先主题，其中资源勘探增储优先主题要求重点研究矿产资源成矿规律和预测技术，发展航空地球物理勘查技术，开发三维高分辨率地震、高精度地磁以及地球化学等快速、综合和大深度勘探技术。同年，国家“十一五”、“863”重大项目“航空地球物理勘查技术系统”应运而生。

2010年，《航空磁测技术规范》是由中国国土资源航空物探遥感中心担任第一完成单位，熊盛青、陈斌、赵百民、薛典军、范正国、郭志宏、刘英会、郭玉峰、韩长青、孟庆敏担任主要完成，为国内航空探测技术的发展提供了规范性指导，促进国内航空磁测产业健康发展。

2012年，“十二五”国家制定863计划主题项目“航空地球物理勘查技术装备”，包含“航磁三分量矢量勘查系统与航磁全张量技术研究”、“新型高精度航空重力勘查系统研制”、“固定翼时间域航空电磁系统实用化”、“直升机吊舱式时间域航空电磁勘查系统实用化研究”和“航空地球物理遥感综合探测技术与解释系统研究”等5个课题。    

“十三五”期间，2017年11月8日，国家重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项“航空重力测量技术装备研制”、“直升机航空电磁测量技术系统研制”、“航空磁场测量技术系统研制”和“典型覆盖区航空地球物理技术示范与处理解释软件平台开发”4个项目启动。“航空磁场测量技术系统研制”项目拟研制具备三维精确导航控制与自主避障能力的低磁低静电物探专用智能化固定翼无人机和旋翼无人机，研发适合无人机的航磁总场及梯度、实用化航磁三分量、航磁全张量梯度等多参量磁测系统。

2018年，由自然资源部中国地质调查局所属的中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所承担的“《无人机航空磁测数据采集技术要求》制定”子项目，归属于“地质调查标准制修订与升级推广(中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所)”项目正式开始。项目提出：通过收集无人机航空磁测飞行平台资料、野外测量技术方法及无人机航空磁测数据质量监控资料，结合航空磁测任务及质量要求，编制完成《无人机航空磁测数据采集技术要求》，为无人机航空磁测调查技术全面推广应用提供了标准保障。

主要目标任务是在地质勘查技术方法标准体系框架内，结合无人机航磁技术应用现状，制定《无人机航空磁测数据采集技术要求》，满足当前地质调查对无人机航磁调查工作的需要，推动无人机航磁技术广泛应用。《无人机航空磁测数据采集技术要求》借鉴了《航空磁测技术规范》《航空物探飞行技术规范》等相关标准，结合无人机航空磁测技术特点和应用现状，总结了无人机航磁测量的工作方式、飞行控制、数据获取等技术要求。

(1)编制出适合无人机航空磁测系统要求的过程控制记录。在明确航磁测量系统组成、仪器设备检测、仪器设备安装、地面测控系统的组成及功能要求等各项要求之后，设计出仪器设备静态性能检测记录表、测试报告等附录文件，用于规范航磁测量系统安装调试各过程的控制。    

(2)优化、统一了无人机航空磁测野外数据采集工作流程。分析研究了近年来无人机航空磁测技术的应用示范中获得的“仪器探测能力测试方案”“无人机航磁作业指导书”“无人机航磁测量标定及试验飞行要求”“CH-3无人机航磁系统应用技术指南”等科研成果，结合无人机航空磁测数据采集流程，确定了“无人机航空磁测”开工前的仪器准备、测线飞行前的准备、测量飞行、磁日变观测、设备检修与维护、原始资料编录、原始资料现场检验等方面的技术要求和质量控制措施。

(3)开展了标准的实验与验证。通过在黑龙江嫩江县、新疆克拉玛依和新疆喀什等调查区开展无人机航空磁测系统的三维航迹规划技术验证飞行试验，验证了标准中各项技术指标的科学性和可操作性。验证内容包括：自主进出测线、测线保持和纠偏、在丘陵和低山区随地形起伏飞行，自主越障和复杂地形条件下的自主飞行，磁补偿技术验证飞行等，验证了标准的实用性。

(4)确保《无人机航空磁测数据采集技术要求》的广泛性和代表性。在研制标准过程中坚持“流程清晰、方法简单、易于操作”的方针，在标准编制的初稿、征求意见稿、送审讨论稿及送审稿的各个过程中广泛征求我国从事无人机航空磁测研究、生产单位及高等院校的意见和建议，召开多次专家研讨会，并向中国地质调查局自然资源航空物探遥感中心、核工业航测遥感中心、冶金地质总局航空物探院、山西省煤炭地质物探测绘院、航天十一院等单位发函征求标准意见。

2020年由青海省地质测绘地理信息院、青海省第三地质勘查院、北京桔灯地球物理勘探股份有限公司联合起草的《无人机航空磁测技术规范》青海省地方标准抢先实施，标志着无人机航空磁测技术规范化进程再进一步。   

四、国内重点省市无人机低空航磁测量产业发展分析  

（一）国内重点省市无人机低空航磁测量发展状况  

除中国地调局下属的廊坊物化探所、航空遥感中心等科研院所具备无人机航空物探技术外，国内地勘单位首家具备该项技术能力就是山西省煤炭地质物探测绘院，该院2014年就提出了技术引进设想和完成了初步的市场调研，2015年组建技术研发团队，2016年正式立项购置设备引进技术并完成三次技术开发试验取得突破。由北京劳雷工业有限公司提供整套技术装备和培训，采用WH-110A型直升无人机平台、CS-VL铯光泵及AARC510航磁数据收录及补偿仪等，2017年初通过中国地调局廊坊物化探所实地考察测试满足生产标准并与之签订航磁项目合作协议，2017后半年承接完成了江苏地矿局2个海岸带航磁测量项目，迈出了市场化第一步，截至目前已经产出专利成果三项。

除其外江苏、安徽、河北等地矿局下属物化探院所也引进了该项技术装备。其中安徽物化探院引进开发了以飞艇为平台的航空磁测系统，在国外市场(非洲)开拓较好，具有较大的技术竞争优势。

（二）山东省无人机低空航磁测量产业发展状况  

省内而言，山东省第三地质矿产勘查院(烟台市)在2018年，申请设备购置计划，由“桔灯勘探”提供，并前往成都接受前期培训，目前已初步具备勘探能力；青岛市依托先进的海洋科技水平也间接发展了海洋无人机低空航磁测量产业；山东省物化探勘查院(济南市)于2018年引进相关技术，之后与山东省水下考古研究中心合作进行相关项目，目前产出专利成果两项。   

（三）山东省无人机低空航磁测量产业政策环境  

2018年1月，国务院批复同意《山东新旧动能转换综合试验区建设总体方案》(以下简称《方案》)，《方案》实施要全面贯彻落实党的十九大精神，以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，贯彻新发展理念，坚持质量第一、效益优先，以供给侧结构性改革为主线，以实体经济为发展经济的着力点，以新技术、新产业、新业态、新模式为核心，以知识、技术、信息、数据等新生产要素为支撑，积极探索新旧动能转换模式，推动经济发展质量变革、效率变革、动力变革，提高全要素生产率，着力加快建设实体经济、科技创新、现代金融、人力资源协同发展的产业体系，推动经济实现更高质量、更有效率、更加公平、更可持续的发展，为促进全国新旧动能转换、建设现代化经济体系作出积极贡献。《方案》中的十大产业中，新一代信息技术产业与智慧海洋产业中分别包含了地理信息产业与海洋信息产业(如下表1.4.3-1所示)，为无人机低空航磁测量产业发展提供了政策支持。

表1.4.3-1

五、山东省无人机低空航磁测量产业发展分析  

（一）山东省无人机低空航磁测量产业发展状况  

山东省物化探勘查院(济南市)于2018年引进相关技术，之后与山东省水下考古研究中心合作进行相关项目，目前产出专利成果两项。

山东大学，孙怀凤、张诺亚等人对此项技术进行了研究，申请了相关专利，专利中公开了，提供了一种无人机载半航空瞬变电磁和磁法协同采集系统及方法，包括无人机、瞬变电磁接收线圈、磁法传感器和采集记录器；所述磁法传感器搭载在无人机上且与采集记录器连接，所述电磁接收线圈通过绝缘线与无人机连接；所述瞬变电磁接收线圈至少包括椭圆线圈骨架，椭圆线圈骨架的长轴一端的端部设有线圈头部，长轴另一端的端部设有线圈尾翼，椭圆线圈骨架的短轴的两端或靠近短轴两端的位置对称的设有线圈侧翼；本公开所述的接收线圈采用流线型结构设计，在飞行过程中可有效减小了风力因素的影响，提高了数据采集的质量。

山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队开展了相关航磁工作，并申请了有关航磁解释方法的专利，其中公开了一种陡倾斜深部隐伏铁矿找矿方法。其找矿的磁参数定量指标为：(1)隐伏的BIF型铁矿赋矿磁异常特征：1∶50000航磁异常之ASM＞50nT/m；(2)深部隐伏铁矿床赋存区磁异常特征：1∶50000航磁异常之ASM＞200nT/m，ΔT＞300nT；(3)深部铁矿床矿头在地表的投影位置磁异常特征：1:10000高精度磁测磁异常ΔT上延100m垂向二阶导数＞275nT；(4)陡倾斜紧闭相似褶皱铁矿体的磁异常特征：磁异常形态呈带状，长宽比＞5:1，高精度磁测剖面显示≥2个峰值，磁测剖面异常曲线不对称、曲线高宽比＞1/2、轴线倾角＞50°。本发明有效解决陡倾斜深部隐伏铁矿找矿技术难题。    

（二）山东省无人机低空航磁测量产业优势与不足  

山东省作为北方大省，海岸线狭长，矿藏丰富，该产业立足山东省新旧动能转换“十强”产业中的高端装备制造业，面向新一代信息技术中产业中“新型信息技术服务”领域、现代海洋产业中“海洋地球物理勘查技术服务”领域；既可以联合采矿产业在山东复杂地形中完成矿产勘探工作，促进采矿业的转型升级，又能联合海洋产业，进行浅海滩-深海的磁测工作，提升山东省海洋科技水平，还能以无人机航空磁测为基点，继而发展无人机综合物探产业。

济南市作为山东省的省会。“强省会”战略之下的济南必然要担当起服务全省相关高新技术产业布局，低空航磁测量产业便是其中之一,这为济南市发展此项产业带来了广阔的市场和十足的契机。但济南市在发展此项产业中仍有以下几点不足：

产业链基础薄弱：无论是磁测仪器制造，还是工业无人机行业，在济南均没有相应的产业基础，而且这两项行业都是高端制造业，短期内取得巨大突破较为困难，需要进行长远投资才能取得进展。

应用化程度较低：在济南市开展无人机航磁测量先例较少，大多数相关公司、研究中心还没有引进并使用无人机航磁测量技术，应用不足随之带来市场需求度不高，压缩了此项产业的发展空间。

人才储备不足：济南市并没有发展此项技术所需地理信息专业、地球物理专业、精密仪器专业等相关专业较强的高校，从相关研究情况也可以看出，无法为济南市发展此项产业提供强劲的源动力。

政策支持不足：济南市并没有出台相应产业扶植政策，在相关重大科研项目方面也没有立项，无论是研究院、企业，还是高校均没有得到政策利好，不利于产业发展。

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