专利名称：无人飞机机载大气环境探测系统的制作方法
技术领域：
本发明提供一种无人飞机机载大气环境探测系统，涉及到无人驾驶飞行器、自动 控制、大气环境探测、GPS应用和无线电通信等技术领域。
背景技术：
大气探测通常采用在地面施放探测气球，用雷达跟踪并接收气球携带的探空仪发 出的无线电信号、从而获得某处大气基本参数垂直分布的方法；环境探测一般是在地面架 设测量仪器，探测地面某点的大气环境状况。这些探测方法只能获得地面某点及其上空的 大气环境参数，要想连续测量空中某特定区域(比如环境严重污染、人员不能进入的区域) 大气环境参数则不易实现。
发明内容
本发明所提供的无人飞机机载大气环境探测系统，采用轻型无人飞机，携带便携 式大气环境参数测量仪器，按照预先设定的高度和航线自动驾驶飞行，可以连续测量特定 目标空域的大气气溶胶、臭氧、氮氧化物浓度，以及温度、压力、湿度和风向风速等大气环境 参数。
图1是本系统所采用的无人飞机结构示意图。图2是仪器舱内部大气环境探测仪器安装情况示意图。
具体实施例方式实施例采用的无人飞机机载大气环境探测系统由轻型无人驾驶飞机、机载大气环 境参数检测仪、数据传输设备以及地面测控站等组成。实施例采用的无人飞机结构参见图1，由机身1、前起落架2、后起落架3、发动机4、 螺旋桨5、尾翼及方向舵6、主翼及副翼7、飞行控制设备舱8、探测仪器舱9、以及燃料箱10 等组成。其性能参数为长度2米，翼展2. 2米，自重13公斤，载重5公斤，油箱体积6公 升，起飞重量18公斤，续航时间5小时。飞机发动机采DA-50型汽油发动机，推进器为三叶 木制螺旋桨。采用发动机后置结构，以免发动机尾气污染大气环境影响观测。飞机的飞行控制设备包括自动驾驶仪、无线数传模块及天线，遥控接收机及天线 等。自动驾驶仪装有惯性导航用陀螺仪，GPS导航用GPS模块及天线，气压高度计，飞行控 制微型计算机及接口电路等。通过接口可以向控制计算机内传送飞行参数及预设航线等， 也可以通过遥测遥控，随时设定航线和飞行控制参数。大气环境探测仪器舱的安装情况请参见图2，舱内装有大气气溶胶测量仪11、可 充电锂离子电池12(2块)，大气基本参数测量仪、数据传输主单片机以及无线数传模块总 成13，温湿度传感器14，大气臭氧浓度探测器17等组成。仪器之间的空隙填充有发泡聚苯乙烯材料16，用来固定仪器同时起到减震作用。 大气气溶胶测量仪选用德国GRIMM公司生产的便携式大气气溶胶检测仪，它采用 激光散射粒子计数原理，通过进气口 15抽入待测空气，经激光束照射对粒子散射事件进行 计数，可检测直径从0. 25到32微米共31个通道的气溶胶粒子，有数浓度和质量浓度两种 检测方式。仪器的体积为24X12X6cm，重量为1.7kg。其测量数据经串口输出送给数据传 输主单片机，同时也储存在仪器内存或SD卡中。大气基本参数的测量采用自行研制的数字式温湿度和压力测量仪，温湿度传感器 和压力传感器均采用国外进口的高精度数字传感器，其探测范围和精度为气压10 1 IOOhPa (士0. 5hPa)气温-40°C +60°C(士0. 2°C )湿度0 100% (士2% )大气臭氧浓度检测采用大气化学原理测量。由抽气泵通过进气口 18向化学反应 池内注入待测量的空气，通过测量臭氧和化学液体的反应电流，得到与大气臭氧浓度相关 的物理量数据。这些数据经单片机的串口输出，送数据传输主单片机，和大气气溶胶粒子测 量数据、温湿度测量数据一起打包后，通过无线数传模块经天线19，发送到地面。实施例还可搭载美国2B公司生产的光学臭氧检测仪和氮氧化物检测仪，测量大 气臭氧浓度和氮氧化物浓度。大气风向风速探测采用矢量迭加原理。设飞机相对于地面的速度矢量为Ve，飞机 相对于空气的速度矢量为Va，则风速矢量Vw = Va-VeVe的大小和方向可以通过GPS模块输出的三维速度得到；Va的大小可通过测量飞 机空速管压力经换算得到，Va的方向通过安装在飞机上的数字式电子罗盘测量得到。有了 以上这些数据，就可以计算得到大气的风向风速。探测前，需要事先选择合适的飞行场地，设好飞行航线，并在地面调试好飞行控制 和探测系统。探测时，由地面人员遥控无人机滑跑起飞，在飞机到达一定高度稳定平飞后， 由地面人员遥控切换成自动驾驶，飞机就按照设定的航线自动飞行作业，探测飞行路径上 的大气环境参数。探测得到的数据可以存储在机上，也可实时传输到地面。地面接收机和 与其相连的笔记本计算机对信号进行接收处理并存储，得到各种大气环境参数。探测结束 后，飞机飞到预设的终点，由地面人员遥控，在场地降落回收，也可实行伞降。本实施例已经实践多次验证，证明其性能先进、设计合理、工作可靠，为大气环境 探测提供了 一种新型的技术手段。
权利要求
一种无人飞机机载大气环境探测系统，其特征在于系统由轻型无人飞机、便携式大气环境参数测量仪器和无线数传链路组成，按照预先设定的高度和航线自动驾驶飞行，可以连续测量特定目标空域大气气溶胶、臭氧、氮氧化物浓度，以及温度、压力、湿度和风向风速等大气环境参数。
2.如权利要求书1所述的无人飞机机载大气环境探测系统，其特征在于其风向风速 的测量采用了矢量迭加原理。
全文摘要
一种无人飞机机载大气环境探测系统。利用轻型无人驾驶飞机，携带便携式大气环境参数测量仪器，按照预先设定的高度和航线自动飞行，连续测量特定目标空域大气气溶胶、臭氧、氮氧化物的浓度，以及温度、压力、湿度和风向风速等大气环境参数。
文档编号G01W1/08GK101876717SQ200910260999
公开日2010年11月3日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者孙宝来, 李立群, 樊克平, 王勇, 陈洪滨 申请人:中国科学院大气物理研究所