La prueba se llevó a cabo el 21 de septiembre de 2023 en el sitio de pruebas de UAV de SPH Engineering en Baloži, Letonia (N 56.8631°, E 24.1119°). Se colocaron en el campo tres objetos tipo UXO, conforme al estándar ISO SEEDS, con características magnéticas análogas a proyectiles de 20, 60 y 105 mm. Durante la prueba, los magnetómetros acoplados a un UAV sobrevolaron los objetivos de prueba a diferentes altitudes. La detección de objetivos se realizó mediante software después del procesamiento de datos. Los equipos utilizados fueron MagNIMBUS de SPH Engineering, MagDrone R3 de SENSYS, MagArrow II de Geometrics y DRONEmag GSMP-35U de GEM Systems.
Datos recopilados por Sergejs Kucenko1. Procesamiento de datos e informe de Matīss Brants1.
1 SPH Engineering SIA, Letonia
Aviso de responsabilidad
El término "detectado" aquí significa que el intérprete de datos ha identificado una señal lo suficientemente fuerte como para justificar un examen o acción adicional. Las interpretaciones son subjetivas y cambiarán según la experiencia y el conocimiento del intérprete.
Ni SPH Engineering SIA, SENSYS Sensorik & Systemtechnologie GmbH, Geometrics Inc. ni GEM Systems Inc. hacen ninguna afirmación ni ofrecen garantía de que la detección de objetivos iguales o similares esté garantizada en condiciones distintas a las del campo de pruebas de SPH Engineering utilizando el mismo o diferente hardware, software y flujo de trabajo.
Este informe se entrega "tal cual" y tiene como objetivo demostrar las capacidades del sistema aquí descrito y ofrecer orientación para planificar inspecciones de UXO.
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Métodos
Configuración de la prueba
La prueba se llevó a cabo en el sitio de pruebas de UAV "SPH Engineering SIA" en Baloži, Letonia, un campo abierto de 4 hectáreas rodeado de bosques en una zona magnéticamente relativamente tranquila. La configuración de prueba de UXO comprendía tres objetos ISO SEEDS diferentes y estandarizados colocados a lo largo de un perfil de 8 m de largo con su eje más largo en dirección SW-NE. Los objetos ISO SEEDS eran análogos a proyectiles de 60 mm, 20 mm y 105 mm (figura 1). Para simplificar, en el resto del texto, nos referiremos a estos objetos como "artillería", "proyectiles" o "MUSE". La zona de prueba podría definirse como no magnética y compuesta principalmente de turba reelaborada, aunque en las cercanías se identificaron algunos pequeños objetos magnéticos antropogénicos que son visibles en los resultados visualizados.
Cada configuración de magnetómetro voló en líneas paralelas sobre los objetos UXO y el área circundante durante la prueba. Después de cada pasada exitosa, se incrementó la altitud desde 0,5 m hasta 2,5 m sobre el nivel del suelo, en incrementos de 0,5 m, inspeccionando así el área de prueba 5 veces. Es importante señalar que las distintas altitudes de vuelo de esta prueba simulan la distancia entre el magnetómetro y la UXO, no la altura del magnetómetro sobre la superficie. Por ejemplo, los resultados de la prueba de vuelo a 2,5 m predicen la capacidad de detección de un sensor como si hubiera volado a 0,5 m sobre el terreno y hubiera una munición sin explotar enterrada a 2,0 m bajo la superficie.
Las líneas de vuelo se planificaron con un tramo de 10 m en los extremos para cumplir los diferentes requisitos de configuración de vuelos estables y controlados. Todos los vuelos fueron realizados por un piloto de UAV experimentado en una ruta previamente planificada con UgCS (Universal Ground Control System), el software de SPH Engineering, y la computadora de a bordo SkyHub. Para determinar la altitud con precisión, se utilizó un sistema True-Terrain Following desarrollado por SPH Engineering.
Magnetómetros
Todos los magnetómetros se conectaron a un UAV DJI Matrice 300 RTK, que utilizaba GNSS (Sistema global de navegación por satélite) con RTK (Cinemática en tiempo real) para un posicionamiento preciso. Para el geoetiquetado, se utilizó un enfoque diferente para diferentes magnetómetros:
- MagNIMBUS: el registro de datos se realiza en la computadora de a bordo SkyHub utilizando las coordenadas transmitidas desde el receptor GNSS del dron, que durante las pruebas estaba en modo RTK.
- MagDrone R3: este magnetómetro tiene un registrador de datos interno, pero el flujo de coordenadas se suministraba desde el receptor GNSS del dron a través de la computadora de a bordo SkyHub.
- MagArrow Mk2 tiene un registrador de datos interno y un receptor RTK GNSS interno, pero estaba en modo no RTK durante las pruebas. Después de que las coordenadas de vuelo en los datos fueron reemplazadas por coordenadas precisas del registro de vuelo, registrado por SkyHub (el dron estaba en modo RTK).
- DRONEmag GSMP-35U tiene un registrador de datos interno y se conectó un receptor GNSS separado directamente al registrador. Ese receptor GNSS estaba en modo no RTK y las coordenadas de los datos registrados se refinaron utilizando la trayectoria de vuelo registrada por SkyHub.
Para garantizar una altitud precisa sobre el suelo, se utilizó el sistema True Terrain Following (TTF) de SPH Engineering (la importancia de esto se analiza con más detalle en la sección Discusión).
El sistema MagNIMBUS fabricado por SPH Engineering (figura 2) utiliza un magnetómetro de campo total QuSpin colocado al final de un brazo plegable bajo el UAV. Este diseño protege el sistema frente a daños en caso de colisión con obstáculos inesperados y permite vuelos extremadamente bajos con relativa seguridad. El sensor QuSpin registra la intensidad magnética total a 500 Hz, lo que permite filtrar cualquier ruido magnético captado por las partes eléctricas del UAV y por fuentes electromagnéticas alternas cercanas, como líneas eléctricas. El montaje voló a velocidad constante de 1 m/s.
El MagDrone R3 de SENSYS GmbH es un sistema de magnetometría (figura 3) con dos sensores vectoriales fluxgate de 3 ejes integrados en los extremos de un tubo de un metro de longitud. Esta configuración de doble sensor reduce el tiempo de vuelo en al menos un 50 % frente a configuraciones de un solo sensor. El equipo se fija directamente a las patas del UAV, lo que proporciona un movimiento del sensor estable y relativamente predecible, aunque también coloca los magnetómetros más cerca de la interferencia magnética de los motores del UAV. Ambos sensores registran el campo magnético en los tres ejes a una frecuencia de muestreo de 250 Hz, lo que permite eliminar el ruido alterno de los motores del UAV y de otras fuentes, como líneas eléctricas. El montaje voló a velocidad constante de 2 m/s.
El magnetómetro Geometrics MagArrow II (figura 4) utiliza una configuración suspendida por cable dentro de una carcasa aerodinámica para alejar el sensor de campo total lo máximo posible de la interferencia del UAV. Incluso con esta ubicación, su frecuencia de muestreo muy alta, de 1000 Hz, permite filtrar cualquier ruido magnético alterno residual causado por el UAV. La configuración suspendida aumenta el movimiento de la carcasa del magnetómetro, lo que provoca variaciones en la lectura del campo magnético. Por ello, se recomienda encarecidamente realizar un vuelo de calibración de rumbo. Para esta prueba, el MagArrow II se suspendió en un sistema de cables de 3 m y el vuelo se realizó a una velocidad constante del UAV de 2 m/s.
DRONEmag GSMP-35U
El DRONEmag GSMP-35U de GEM Systems es un sistema de magnetómetro de campo total (figura 5) suspendido en un cable de 3-5 m desde el UAV. Esta configuración proporciona la máxima distancia de la interferencia magnética de los motores del UAV. Esta configuración permite una frecuencia de muestreo mucho más baja, de un máximo de 20 Hz, en comparación con los sensores de otros fabricantes. Una baja tasa de muestreo también proporciona un procesamiento de datos más fácil y rápido. La instalación estaba suspendida de un cable de 5 m de largo y volada a una velocidad constante del UAV de 1 m/s.
Procesamiento de datos
El procesamiento de datos magnéticos se realizó para todos los sistemas de la manera más similar posible, excepto para las conversiones de formatos de datos específicos para los sistemas MagDrone R3 y MagArrow II, que requirieron software propietario. El flujo de trabajo general se describe en la Figura 6, con una descripción detallada paso a paso de todas las configuraciones en el Apéndice. El software principal utilizado fue Geosoft Oasis Montaj Standard Edition v.2023.1. utilizando únicamente las características del módulo base y métodos de procesamiento bien documentados. Todos los pasos se pueden repetir con resultados similares utilizando software cerrado y de código abierto.
Visualización de datos
La visualización de datos es un paso muy importante al comparar los resultados de diferentes dispositivos, ya que puede manipularse fácilmente para crear un sesgo hacia un dispositivo en particular. Por lo tanto, se consideró necesario explicar en detalle el razonamiento detrás de las técnicas de visualización. Al igual que el procesamiento de datos, se aplicó un enfoque común para todos los datos de los sensores.
Los datos procesados se visualizaron como rejillas de campo magnético anómalo residual y su señal analítica (AS). Se eligió un tamaño de celda de 0,2 m para tener en cuenta los puntos de muestreo en línea muy densos y la separación relativamente escasa de las líneas de vuelo de 0,5 m. Esto ayuda a conservar la alta resolución en la dirección paralela a la trayectoria de vuelo y al mismo tiempo proporciona una cuadrícula más suave perpendicular a las líneas. Se aplicó un sombreado, que simula un relieve, a todas las cuadrículas para mejorar la visualización de anomalías más pequeñas.
Se crearon dos cuadrículas para cada pase de vuelo y sensor:
1) campo anómalo residual con una escala de color ecualizada por histograma
y
2) señal analítica con una escala de colores distribuida normalmente.
Aunque una cuadrícula AS con una escala de color ecualizada por histograma muestra mejor las pequeñas anomalías, también mejora el ruido (figura 7).
Garantizar un muestreo justo es especialmente importante en la altitud de vuelo más baja, cuando incluso cambios leves en la trayectoria sobre el objeto objetivo darán como resultado cambios significativos en las amplitudes del campo magnético. Aplicar los mismos valores para la escala de colores daría como resultado un sesgo hacia algunos sensores. Debido a esto, los valores de la escala de color de la cuadrícula para cada magnetómetro se escalaron automáticamente en función de sus propias amplitudes de datos utilizando la herramienta Color en Oasis Montaj.
Resultados
Vuelo a 0,5 m de altitud.
A una altitud de 0,5 m por encima de los objetivos, todos los sensores detectaron en distintos grados el objeto más pequeño (proyectil de 20 mm). Aún así, la intensidad de la señal dependía en gran medida de la trayectoria del sensor. El dipolo en las rejillas de anomalía residual (figura 8) es muy pronunciado en los datos MagNIMBUS y GSMP-35U, mientras que para R3, la señal es más débil, aunque aún inequívoca. En el caso de MagArrow II, el dipolo es casi imperceptible, ya que el sensor pasó principalmente por el lado sur del objeto, aunque la señal al menos se consideraría sospechosa. En todos los casos, las señales dipolares distorsionadas para el casquillo de 105 mm se deben a gradientes magnéticos muy altos.
Las cuadrículas AS (figura 9) señalan los centros de las anomalías. MagNIMBUS muestra claramente todas las anomalías, siendo las anomalías de los proyectiles de 60 y 20 mm inesperadamente similares en tamaño. El magnetómetro R3, sin embargo, muestra una diferencia pronunciada entre las anomalías más pequeñas. Tanto MagArrow II como GSMP-35U tienen una señal reducida para las anomalías más pequeñas, pero esto se debe principalmente a la amplitud muy alta de la anomalía del proyectil de 105 mm: distorsiona la escala de colores. Esta es la razón por la que siempre se deben inspeccionar los AS y las redes de campo anómalas residuales. El ruido de fondo es más pronunciado en los datos del R3, aunque sigue siendo inconfundible. El GSMP-35U de GEM System muestra el fondo "más limpio", probablemente debido a la distancia de 5 m del UAV.
Vuelo a 1,0 m de altitud
Los dipolos de los proyectiles de 105 mm y 60 mm son claramente visibles en las rejillas de anomalías residuales a una altitud de vuelo de 1,0 m (figura 10). Gracias a los menores gradientes magnéticos, el dipolo magnético del casquillo de 105 mm ahora también parece más "correcto" en todos los casos. Ningún sensor parece haber detectado ya el proyectil de 20 mm. Aunque MagNIMBUS, MagArrow II y GSMP-35U muestran una pequeña anomalía cerca de la ubicación del proyectil, probablemente sería demasiado similar al ruido para ser considerado un objetivo potencial.
Las rejillas AS tampoco muestran señales de una señal de proyectil de 20 mm (figura 11), pero todos los sensores detectaron proyectiles de 60 mm y 105 mm. Aunque MagNIMBUS y MagArrow II muestran una señal de proyectil de 60 mm menos pronunciada, esto parece deberse a que las trayectorias de vuelo casi fallan en el objetivo. Aun así, la señal es clara en la red de anomalía residual. Esta vez, el ruido parece ser el más bajo del sensor MagNIMBUS, pero todos los sensores comienzan a mostrar señales más aleatorias debido a la disminución de la relación señal-ruido.
Vuelo a 1,5 m de altitud.
A una altitud de 1,5 m, los sensores comienzan a perder la señal del proyectil de 60 mm (figura 12). Mientras tanto, para MagNIMBUS y R3, sigue siendo una señal dipolar clara. El GSMP-35U ha experimentado más ruido, pero MagArrow II sufre errores de rumbo no resueltos a pesar de la corrección del rumbo. No hay señales de la señal del proyectil de 20 mm para ninguno de los sensores.
Las cuadrículas AS refuerzan estas observaciones (figura 13). El R3 muestra un pico distintivo sobre la ubicación del proyectil de 60 mm, mientras que para MagNIMBUS es una señal más dispersa pero aún notable, pero en el caso del GSMP-35U, la señal parece algo distorsionada. Sin embargo, definitivamente llamaría la atención en un escenario real. Estos fuertes picos de señal también parecen rodear la anomalía del proyectil de 105 mm, pero se desconoce la causa de esto. Los errores de rumbo de MagArrow II dan como resultado una larga racha en la mayor parte del campo y terminan con un pico más fuerte cerca de la anomalía más a la izquierda, pero esto probablemente no se consideraría un objetivo potencial.
Vuelo a 2,0 m de altitud
A una distancia de 2,0 m (figura 14), la anomalía del proyectil de 60 mm pierde el polo negativo y se convierte simplemente en una anomalía magnética positiva. De todos los sensores, el R3 muestra la señal más distintiva, mientras que para el resto de sensores, la señal parece estar muy cerca del nivel de ruido y no debe contarse como "detectada". Las cuadrículas AS (figura 15) generalmente muestran las mismas tendencias.
Vuelo a 2,5 m de altitud.
A la altitud más alta de 2,5 m, las rejillas de anomalías residuales (figura 16) de todos los sensores todavía muestran claramente la anomalía del proyectil de 105 mm. Como era de esperar, la relación señal-ruido es la más baja a esta distancia y, para todos los sensores, habría al menos algunos falsos positivos a menos que se utilicen técnicas de filtrado más avanzadas. La señal del proyectil de 60 mm no es lo suficientemente clara en ninguna red de anomalías residuales, especialmente debido a las notables rayas de ruido. Aún así, en las rejillas AS (figura 17), parece haber un pico algo disperso directamente sobre la artillería del sensor R3, que podría contarse como "detectado". Para MagNIMBUS y GSMP-35U, también hay una señal notable, aunque esto probablemente se descartaría como un ruido rayado.
Comparación completa
Todos los resultados anteriores se resumen en la Tabla 1. La confirmación de detección se asigna a los casos con una señal suficiente. En los demás casos, la señal podía confundirse con ruido o no había señal detectable. En un escenario real, correspondería a los especialistas decidir si incluyen todas las señales, asumiendo un aumento significativo de falsos positivos, o si seleccionan solo señales confiables, con el riesgo de perder algunos objetivos.
Variaciones de altitud de vuelo
La búsqueda de UXO, en especial de objetivos pequeños, a partir de sus señales magnéticas exige mantener la altitud con precisión, ya que el campo magnético (y, por tanto, la distancia de detección) disminuye con el cubo de la distancia. Las UXO pequeñas que se encuentran justo en el límite de detección pueden pasar fácilmente desapercibidas si el sensor no mantiene una altitud precisa sobre el terreno. Por ejemplo, suponiendo un ruido mínimo de 10 nT, un proyectil de 40 mm que un magnetómetro aún podría detectar a una distancia de 54 cm probablemente sería indetectable si la altitud de vuelo aumentara solo 15 cm (referencia: Billings et al. 2006, Magnetic Models of Unexploded Ordnance).
La variación de la altitud de vuelo se muestra en la Figura 18 para abordar las posibles preocupaciones con respecto a la precisión del mantenimiento de la altitud para las diferentes configuraciones de magnetómetros, especialmente MagArrow II y GSMP-35U, que están suspendidos en cables a 3 y 5 m por debajo del UAV. Para garantizar que los magnetómetros no interfieran con el sensor TTF, se colocó en una extensión especial en el costado del UAV (consulte las Figuras 4 y 5 en la sección Métodos).
Tiempo de vuelo
Los tiempos de vuelo diferían según la velocidad elegida según lo recomendado por el fabricante para las condiciones de prueba, pero en el caso del MagDrone R3, también se debió a la configuración del sensor dual. Esto permitió un rápido levantamiento de campo, completando un vuelo a una sola altitud en solo 1,5 minutos. MagArrow II voló a la misma velocidad que R3 pero con un solo sensor, por lo que el tiempo de vuelo fue de 3 minutos. MagNIMBUS y GSMP-35U finalizaron sus vuelos a una sola altitud en poco más de 5 minutos.
- SENSYS MagDrone R3 mostró los mejores resultados de todos los sensores probados, detectando el proyectil de 105 mm en todas las alturas y el proyectil de 60 mm en la mayoría de las alturas. El SPH Engineering MagNIMBUS y GEM Systems DRONEmag GSMP-35U no pudieron detectar de manera confiable el proyectil de 60 mm a 2,0 y 2,5 m, respectivamente. El Geometrics MagArrow II no mostró una señal clara del proyectil de 60 mm a 1,5 m de altitud y nunca detectó el proyectil de 20 mm.
- SENSYS MagDrone R3 mostró los mejores resultados entre todos los sensores probados: detectó el proyectil de 105 mm en todas las alturas y el de 60 mm en la mayoría de las alturas. SPH Engineering MagNIMBUS y GEM Systems DRONEmag GSMP-35U no pudieron detectar de forma confiable el proyectil de 60 mm a 2,0 y 2,5 m, respectivamente. Geometrics MagArrow II no mostró una señal clara del proyectil de 60 mm a 1,5 m de altitud y nunca detectó el proyectil de 20 mm.
- Los levantamientos magnéticos de UXO requieren una cobertura de campo confiable con una distancia de separación fija y un mantenimiento preciso de la altitud para aumentar las posibilidades de detectar pequeñas anomalías y disminuir los falsos positivos.
Apéndice: pasos del procesamiento de datos
Usando Oasis Montaj:
1. Corrección de Retraso Aplicada (fiduciales):
0,5 m: -50
1,0 m: -140
1,5 m: -130
2,0 m: -140
2,5 m: -140
2. Filtro de paso bajo aplicado de 100 fiduciales (correspondiente a una separación de puntos de ~0,2 m).
3. Se aplicó un filtro de mediana rodante de 10000 fiduciales (correspondiente a una distancia de ~20 m).
4. Cuadrícula de anomalía residual generada con un tamaño de celda de 0,2 m, ecualización de histograma en escala de colores.
5. Señal analítica calculada basada en la cuadrícula de anomalías residuales.
6. Se aplicó un suavizado de 1 pasada de convolución 3 x 3 a la cuadrícula AS y se cambió la escala de color a distribución normal.
- Usando SENSYS MagDrone DataTool:
1.1. Archivo importado 20230920_142316_MD-R3_#0207.mdd
1.2. Pistas divididas: 20 grados, 1,5 m.
1.3. Sin filtros ni reducción de resolución.
1.4. Datos GNSS RTK cargados.
1.5. Exportado a archivo.asc.
- Usando Oasis Montaj:
2.1. Vuelos divididos según su altura en bases de datos separadas.
2.2. Separó cada vuelo en líneas por número de sensor.
2.3. Desfase corregido: +150 fiduciales.
2.4. Filtro de paso bajo aplicado de 25 fiduciales (correspondiente a una separación de puntos de ~0,2 m).
2.5. Se aplicó un filtro de mediana rodante de 2500 fiduciales (correspondiente a ~20 m de distancia).
2.6. Se generó una cuadrícula de anomalía residual con un tamaño de celda de 0,2 m y se calculó la señal analítica.
2.7. Se aplicó un suavizado de 1 pasada de convolución 3 x 3 a la cuadrícula AS y se cambió la escala de color a distribución normal.
Utilizando el Geometrics Survey Manager:
1. Datos convertidos de MagArrow.magdata al formato de datos.csv.
Usando Oasis Montaj:
1. Se importaron coordenadas GPS RTK precisas a la base de datos de datos magnéticos.
2. Divida los datos en líneas según la altitud de vuelo.
3. Corrección de rumbo aplicada con datos adquiridos en el vuelo de calibración.
4. Corrección de Retraso Aplicada de +750 fiduciales.
5. Filtro de paso bajo aplicado de 100 fiduciales (correspondiente a una separación de puntos de ~0,2 m).
6. Se aplicó un filtro de mediana rodante de 10000 fiduciales (correspondiente a una ventana de ~20 m).
7. Cuadrícula de anomalía residual generada con un tamaño de celda de 0,2 m, ecualización de histograma en escala de colores.
8. Señal analítica calculada.
9. Se aplicó un suavizado de 1 pasada de convolución 3 x 3 a la cuadrícula AS y se cambió la escala de color a distribución normal.
GSMP-35U
Usando Oasis Montaj:
- Se importaron coordenadas GPS RTK precisas a la base de datos de datos magnéticos.
- Correcciones de retraso aplicadas (fiduciales):
0,5 m: +15
1,0 m: +15
1,5 m: +7
2,0 m: +7
2,5 m: +7 - Filtro de paso bajo aplicado de 4 fiduciales (correspondiente a una separación de 0,2 m)
- Se aplicó filtro Rolling Median de 400 fiduciales (correspondiente a ventana de 20 m).
- Cuadrícula de anomalía residual generada con tamaño de celda de 0,2 m, ecualización de histograma en escala de colores.
- Señal analítica calculada basada en la cuadrícula de anomalías residuales.
- Se aplicó un suavizado de 1 pasada de convolución 3 x 3 a la cuadrícula AS y se cambió la escala de color a distribución normal.
Enlaces del artículo original
- Magnetómetros (www.sphengineering.com)
- Descargar el caso de uso en español «Comparación de magnetómetros montados en UAV: prueba UXO» »»» (cdn.prod.website-files.com)
- Inspecciones UXO (www.sphengineering.com)
- Acceder a muestras de datos »»» (files.ugcs.com)
- MagNIMBUS (shop.sphengineering.com)
- MagDrone R3 (shop.sphengineering.com)
- MagArrow II (shop.sphengineering.com)
- GEM Systems DRONEmag (www.gemsys.ca)
- 1 de octubre de 2025 Comparación de magnetómetros montados en UAV: prueba de detección de servicios públicos (www.sphengineering.com)
- 1 de octubre de 2025 Procesamiento de datos magnetométricos con Oasis montaj: curso intensivo (www.sphengineering.com)
- 16 de abril de 2026 Comparación de magnetómetros montados en UAV: prueba a gran altitud (www.sphengineering.com)