專利名稱：無人飛機(jī)機(jī)載大氣環(huán)境探測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種無人飛機(jī)機(jī)載大氣環(huán)境探測系統(tǒng)，涉及到無人駕駛飛行器、自動 控制、大氣環(huán)境探測、GPS應(yīng)用和無線電通信等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大氣探測通常采用在地面施放探測氣球，用雷達(dá)跟蹤并接收氣球攜帶的探空儀發(fā) 出的無線電信號、從而獲得某處大氣基本參數(shù)垂直分布的方法；環(huán)境探測一般是在地面架 設(shè)測量儀器，探測地面某點(diǎn)的大氣環(huán)境狀況。這些探測方法只能獲得地面某點(diǎn)及其上空的 大氣環(huán)境參數(shù)，要想連續(xù)測量空中某特定區(qū)域(比如環(huán)境嚴(yán)重污染、人員不能進(jìn)入的區(qū)域) 大氣環(huán)境參數(shù)則不易實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所提供的無人飛機(jī)機(jī)載大氣環(huán)境探測系統(tǒng)，采用輕型無人飛機(jī)，攜帶便攜 式大氣環(huán)境參數(shù)測量儀器，按照預(yù)先設(shè)定的高度和航線自動駕駛飛行，可以連續(xù)測量特定 目標(biāo)空域的大氣氣溶膠、臭氧、氮氧化物濃度，以及溫度、壓力、濕度和風(fēng)向風(fēng)速等大氣環(huán)境 參數(shù)。


圖1是本系統(tǒng)所采用的無人飛機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是儀器艙內(nèi)部大氣環(huán)境探測儀器安裝情況示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例采用的無人飛機(jī)機(jī)載大氣環(huán)境探測系統(tǒng)由輕型無人駕駛飛機(jī)、機(jī)載大氣環(huán) 境參數(shù)檢測儀、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備以及地面測控站等組成。實(shí)施例采用的無人飛機(jī)結(jié)構(gòu)參見圖1，由機(jī)身1、前起落架2、后起落架3、發(fā)動機(jī)4、 螺旋槳5、尾翼及方向舵6、主翼及副翼7、飛行控制設(shè)備艙8、探測儀器艙9、以及燃料箱10 等組成。其性能參數(shù)為長度2米，翼展2. 2米，自重13公斤，載重5公斤，油箱體積6公 升，起飛重量18公斤，續(xù)航時(shí)間5小時(shí)。飛機(jī)發(fā)動機(jī)采DA-50型汽油發(fā)動機(jī)，推進(jìn)器為三葉 木制螺旋槳。采用發(fā)動機(jī)后置結(jié)構(gòu)，以免發(fā)動機(jī)尾氣污染大氣環(huán)境影響觀測。飛機(jī)的飛行控制設(shè)備包括自動駕駛儀、無線數(shù)傳模塊及天線，遙控接收機(jī)及天線 等。自動駕駛儀裝有慣性導(dǎo)航用陀螺儀，GPS導(dǎo)航用GPS模塊及天線，氣壓高度計(jì)，飛行控 制微型計(jì)算機(jī)及接口電路等。通過接口可以向控制計(jì)算機(jī)內(nèi)傳送飛行參數(shù)及預(yù)設(shè)航線等， 也可以通過遙測遙控，隨時(shí)設(shè)定航線和飛行控制參數(shù)。大氣環(huán)境探測儀器艙的安裝情況請參見圖2，艙內(nèi)裝有大氣氣溶膠測量儀11、可 充電鋰離子電池12(2塊)，大氣基本參數(shù)測量儀、數(shù)據(jù)傳輸主單片機(jī)以及無線數(shù)傳模塊總 成13，溫濕度傳感器14，大氣臭氧濃度探測器17等組成。儀器之間的空隙填充有發(fā)泡聚苯乙烯材料16，用來固定儀器同時(shí)起到減震作用。 大氣氣溶膠測量儀選用德國GRIMM公司生產(chǎn)的便攜式大氣氣溶膠檢測儀，它采用 激光散射粒子計(jì)數(shù)原理，通過進(jìn)氣口 15抽入待測空氣，經(jīng)激光束照射對粒子散射事件進(jìn)行 計(jì)數(shù)，可檢測直徑從0. 25到32微米共31個(gè)通道的氣溶膠粒子，有數(shù)濃度和質(zhì)量濃度兩種 檢測方式。儀器的體積為24X12X6cm，重量為1.7kg。其測量數(shù)據(jù)經(jīng)串口輸出送給數(shù)據(jù)傳 輸主單片機(jī)，同時(shí)也儲存在儀器內(nèi)存或SD卡中。大氣基本參數(shù)的測量采用自行研制的數(shù)字式溫濕度和壓力測量儀，溫濕度傳感器 和壓力傳感器均采用國外進(jìn)口的高精度數(shù)字傳感器，其探測范圍和精度為氣壓10 1 IOOhPa (士0. 5hPa)氣溫-40°C +60°C(士0. 2°C )濕度0 100% (士2% )大氣臭氧濃度檢測采用大氣化學(xué)原理測量。由抽氣泵通過進(jìn)氣口 18向化學(xué)反應(yīng) 池內(nèi)注入待測量的空氣，通過測量臭氧和化學(xué)液體的反應(yīng)電流，得到與大氣臭氧濃度相關(guān) 的物理量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)的串口輸出，送數(shù)據(jù)傳輸主單片機(jī)，和大氣氣溶膠粒子測 量數(shù)據(jù)、溫濕度測量數(shù)據(jù)一起打包后，通過無線數(shù)傳模塊經(jīng)天線19，發(fā)送到地面。實(shí)施例還可搭載美國2B公司生產(chǎn)的光學(xué)臭氧檢測儀和氮氧化物檢測儀，測量大 氣臭氧濃度和氮氧化物濃度。大氣風(fēng)向風(fēng)速探測采用矢量迭加原理。設(shè)飛機(jī)相對于地面的速度矢量為Ve，飛機(jī) 相對于空氣的速度矢量為Va，則風(fēng)速矢量Vw = Va-VeVe的大小和方向可以通過GPS模塊輸出的三維速度得到；Va的大小可通過測量飛 機(jī)空速管壓力經(jīng)換算得到，Va的方向通過安裝在飛機(jī)上的數(shù)字式電子羅盤測量得到。有了 以上這些數(shù)據(jù)，就可以計(jì)算得到大氣的風(fēng)向風(fēng)速。探測前，需要事先選擇合適的飛行場地，設(shè)好飛行航線，并在地面調(diào)試好飛行控制 和探測系統(tǒng)。探測時(shí)，由地面人員遙控?zé)o人機(jī)滑跑起飛，在飛機(jī)到達(dá)一定高度穩(wěn)定平飛后， 由地面人員遙控切換成自動駕駛，飛機(jī)就按照設(shè)定的航線自動飛行作業(yè)，探測飛行路徑上 的大氣環(huán)境參數(shù)。探測得到的數(shù)據(jù)可以存儲在機(jī)上，也可實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛?。地面接收機(jī)和 與其相連的筆記本計(jì)算機(jī)對信號進(jìn)行接收處理并存儲，得到各種大氣環(huán)境參數(shù)。探測結(jié)束 后，飛機(jī)飛到預(yù)設(shè)的終點(diǎn)，由地面人員遙控，在場地降落回收，也可實(shí)行傘降。本實(shí)施例已經(jīng)實(shí)踐多次驗(yàn)證，證明其性能先進(jìn)、設(shè)計(jì)合理、工作可靠，為大氣環(huán)境 探測提供了 一種新型的技術(shù)手段。
權(quán)利要求
一種無人飛機(jī)機(jī)載大氣環(huán)境探測系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)由輕型無人飛機(jī)、便攜式大氣環(huán)境參數(shù)測量儀器和無線數(shù)傳鏈路組成，按照預(yù)先設(shè)定的高度和航線自動駕駛飛行，可以連續(xù)測量特定目標(biāo)空域大氣氣溶膠、臭氧、氮氧化物濃度，以及溫度、壓力、濕度和風(fēng)向風(fēng)速等大氣環(huán)境參數(shù)。
2.如權(quán)利要求書1所述的無人飛機(jī)機(jī)載大氣環(huán)境探測系統(tǒng)，其特征在于其風(fēng)向風(fēng)速 的測量采用了矢量迭加原理。
全文摘要
一種無人飛機(jī)機(jī)載大氣環(huán)境探測系統(tǒng)。利用輕型無人駕駛飛機(jī)，攜帶便攜式大氣環(huán)境參數(shù)測量儀器，按照預(yù)先設(shè)定的高度和航線自動飛行，連續(xù)測量特定目標(biāo)空域大氣氣溶膠、臭氧、氮氧化物的濃度，以及溫度、壓力、濕度和風(fēng)向風(fēng)速等大氣環(huán)境參數(shù)。
文檔編號G01W1/08GK101876717SQ200910260999
公開日2010年11月3日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者孫寶來, 李立群, 樊克平, 王勇, 陳洪濱 申請人:中國科學(xué)院大氣物理研究所