Entwicklung und Erprobung eines Systems zur Durchführung räumlich hochauflösender aeromagnetischer Vermessungen an Bord eines ferngelenkten Kleinluftschiffes
Final Report Abstract
Im Rahmen des Projektes wurde ein ferngesteuertes Luftschiff entwickelt mit dem geophysikalische Messungen, insbesondere aeromagnetische Messungen, durchgeführt werden können. Nachdem Vorarbeiten mit Hilfe eines kleineren Luftschiffes durchgeführt worden waren, haben wir ein größeres Luftschiff entwickelt, welches sich unter anderem durch eine größere Traglast auszeichnet. Dadurch konnte das neue System mit stärkeren Rotoren und leistungsfähigeren Akkus ausgestattet werden. Außerdem wurden die Position der Rotoren und die Steuerung optimiert, so dass die Manövrierfähigkeit erheblich verbessert werden konnte. Dadurch kann das Luftschiff in Deutschland etwa 150 Tage im Jahr geflogen werden. Das Luftschiff trägt als Hauptmessinstrument ein Fluxgate-Magnetometer. Zur Unterstützung werden ein Ultraschall-Altimeter und ein GPS-System für die Messungen verwendet. Die komplette Sensorik und die zugehörige Elektronik sind ein eigenständiges System, das auf einem Ausleger untergebracht ist. Dieser Ausleger hat eine Länge von 150 cm und ermöglicht es, einen ausreichend großen Abstand zwischen Magnetometer und elektromagnetischen Störquellen (Motorik und Elektronik) zu gewährleisten. Außerdem erlaubt es dem Piloten oberflächennah zu messen und gleichzeitig einen Sicherheitsabstand zwischen Boden und Luftschiffhülle aufrecht zu erhalten. Der Messausleger war am Anfang des Projektes mit einer einfachen Verbindung an die Hülle des Prallluftschiffes befestigt. Die charakteristischen Flugeigenschaften des Luftschiffes und schnell wechselnde Windbedingungen konnten den Ausleger in ungewollte Schwingungen versetzen. Dadurch wurden die Magnetfeldmessungen teilweise stark gestört. Durch die Entwicklung einer komplexeren Aufhängung konnten die Eigenschwingungen des Messauslegers stark eingeschränkt werden, was zu einer deutlichen Verbesserung im Signal-Rausch-Verhältnis des Magnetometers führte. Die Verwendbarkeit des Luftschiffes wurde auf dem Modellflugplatz bei Hillerse, Braunschweig, getestet. Dabei zeigte sich, dass ein Flug mit dieser Plattform ein paar Besonderheiten aufweist: Aufgrund der großen Angriffsfläche der Hülle gegenüber Wind, entspricht die Flugbahn in der Regel einer gekrümmten Bahn. Um einen gleichmäßigen Überflug über das angestrebte Messgebiet zu erhalten sind mitunter mehrere Überflüge nötig. Das Antriebsprinzip eines Luftschiffes führt dazu, dass sich das ganze System relativ träge bewegt und die Flughöhe ständig angepasst werden muss. Dadurch variiert die Flughöhe, insgesamt liegt sie in der Regel im Bereich von wenigen Metern. Anhand von Beispielen zeigen wir, dass Magnetfeldmessungen mit dem Luftschiff prinzipiell möglich sind. Die effektive Genauigkeit der luftgestützten Messungen liegt aufgrund des bewegungsinduzierten Rauschens bei etwa 5 nT. Damit lässt sich das Luftschiff als Nischenprodukt bei geomagnetischen Messungen einsetzen, insbesondere dann, wenn die Messgebiete schwer zugänglich sind.
Publications
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(2011): High-resolution measurement of magnetic anomalies with an unmanned airship, AGU Fall Meeting, 05.-09.12.2011, San Francisco, CA, USA
Petzke, M., Hofmeister, P., Auster, H.-U., Glaßmeier, K.-H. and Hördt., A.
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(2011): Räumlich hochauflösende Vermessungen magnetischer Anomalien mit einem unbemannten Luftschiff, Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 21.-24.02.2011, Köln
Hofmeister, P., Hördt., A. and Glaßmeier, K.-H.
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(2012): Räumlich hochauflösende Vermessungen magnetischer Anomalien mit Hilfe eines unbemannten Luftschiffes, Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 05.-08.03.2012, Hamburg
Petzke, M., Hofmeister, P., Auster, H.-U., Glaßmeier, K.-H. and Hördt., A.
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(2013): Aeromagnetics with an unmanned Airship, Near Surface Geoscience, European Association of Geoscientists and Engineers, 09.-11.09.2013, Bochum
Petzke, M., Hördt., A., Hofmeister, P., Glaßmeier, K.-H. and Auster, H.-U.
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(2013): Aeromagnetik mit einem unbemannten Luftschiff, Schmucker-Weidelt-Kolloquium, 23.-27.09.2013, Kirchhundem-Rahrbach
Petzke, M., Hördt., A., Hofmeister, P., Glaßmeier, K.-H. and Auster, H.-U.
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(2013): Aeromagnetische Messungen mit Hilfe eines unbemannten Luftschiffes, Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 04.-07.03.2013, Leipzig
Petzke, M., Hofmeister, P., Auster, H.-U., Glaßmeier, K.-H. and Hördt., A.
