Advantages and challenges of pT-level quantum magnetic surveying mounted on multi-rotor UAVs
Year: 2026
Type: article
Abstract: 伴随着量子传感技术的成熟应用和无人机的大规模井喷式发展，搭载于无人机移动平台的量子磁测技术在地磁导航、工程、军事、矿产调查等领域获得了广泛应用．但综合调研国内外研发和商用无人机航磁技术的现状发现，除了固定翼和复合翼无人机通过大翼展规避无人机磁扰动对高灵敏度量子磁测的影响，实现了几十至十几pT的探测精度，而多旋翼无人机量子磁测实际应用的精度只有nT级，远低于量子传感器的精度，例如铷光泵磁力仪理论上可达到pT级的精度．国内外典型的、搭载光泵磁力仪的多旋翼无人机磁测应用案例剖析说明，地球磁场环境以及静动状态下磁力仪、无人机以及二者复合系统的磁干扰极其复杂，而匹配的硬件与软件优化、补偿技术缺失是造成多旋翼无人机量子磁测性能劣化的主要原因．尽管数值模拟、航磁实例和理论分析展示了多旋翼无人机具有超低空飞行的弱磁识别与高分辨率优势，但限于地球内外源场、二次感应场、磁力仪与无人机的材料磁性及其感应磁场和动态情况下的电磁涡流扰动相互耦合机理不明，即多源多尺度时变地磁场的耦合机理，以及磁力仪、无人机和仪机系统在复杂环境下叠加的动态扰动机理不清，未能有效的厘定它们的时空变特征，是造成传统硬件优化和软件补偿技术难以奏效的两个核心基础问题；传统日变校正与正常场校正等技术只能达到nT级，也是造成实际应用只能获得nT级异常的根本原因之一．进一步剖析可以推论，只有借助于大型零磁或稳磁空间中的移动模拟系统，配合以超高灵敏度的磁传感阵列，通过充分的多旋翼无人机和量子磁力仪及其复合系统的静动态物理模拟实验，积累大量的机器学习样本，在人工智能技术的支持下，才能突破T-L模型的局限性等多旋翼无人机量子磁测的技术瓶颈，超越传统航磁的nT级精度，达到颠覆性的亚nT或pT级的磁测，满足不同领域的高精度探测需要．
Authors: Yun Wang, Yufeng Shi, Qi Han, Yanzhang Wang, Guiying Zhang, Lianghui Guo, Changli Yao, Hao Qing, Guoqing Ma, Xiaoquan Zhou, Jiadong Dai, Zongxu Liu, Guangjie Wang
Language: English
Subfield: Atomic and Molecular Physics, and Optics
Field: Physics and Astronomy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: bronze
OpenAlex ID: W7130844607