无人机气压高度变化率测量系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种无人机气压高度变化率测量系统，包括大气静压传感器、温度传感器、信号处理电路、A/D转换器和微控制器单元，通过安装在无人机上的大气静压传感器和温度传感器将采集到的大气压力信号和温度值信号传给信号处理电路，将信号处理电路处理后的信号传给A/D转换器，把经过AD转换后的信号发送给微控制器单元，运用线性插值法快速解算出未经校正的气压高度变化率，并采用软件补偿方法进行校正，得到最终的气压高度变化率。本发明采用大气静压传感器测量大气静压变化率来得到气压高度变化率的数值，显著提高了系统的测量速度、测量精度和无人机气压高度变化率的准确性，同时也提高了无人机的安全性。
【专利说明】无人机气压高度变化率测量系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无人机系统，尤其是无人机的测量系统。
【背景技术】
[0002]当前无人机技术发展迅速，准确的大气数据信息对于提高飞行的安全性、准确性和经济性起着相当大的作用。在大气数据信息的众多参数中，气压高度变化率是重要的参数之一。
[0003]《大气数据计算机系统》一书中提出，现有的测量气压高度变化率的系统通常是由GPS模块组成，或利用先进的闭环伺服回路技术把高度函数结算后的结果输送到大气数据信息系统。采用GPS模块进行测量的系统准确性非常差、信号容易受到外部干扰，经常有几十米的偏移；而采用闭环伺服回路技术的系统存在延时误差，而且每增加一个大气数据函数，就要有一个新的相应的伺服系统和一个函数解算装置，这样严重影响了测量的精度，限制了无人机的发展。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的不足及缺陷，本发明的目的在于提供一种准确的、可靠的、可用于测量无人机气压高度变化率的系统。
[0005]为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案:
[0006]无人机气压高度变化率测量系统主要含有:大气静压传感器，温度传感器，信号处理电路，A/D转换器和微控制器单元；
[0007]通过安装在无人机上的大气静压传感器和温度传感器将采集到的大气压力信号和温度值信号传给信号处理电路，经过信号处理电路调零、放大处理后使大气压力模拟信号和温度模拟信号能够满足A/D转换器工作要求；将信号处理电路放大处理后的信号值传给A/D转换器，经过16位AD的转换，将采集到的大气压力模拟信号和温度模拟信号转换为能够被微控制器单元读取、运算的数字信号；把经过AD转换器输出的数字信号通过串口发送给微控制器单元，在单元内部，一方面通过大气静压与高度变化率之间的函数关系，运用线性插值法快速解算出未经校正的气压高度变化率；另一方面，由于压力传感器易受温度影响，采用软件补偿方法进行校正，得到最终的气压高度变化率；
[0008]根据不同需要，微控制器单元可以通过输出口将解算出的气压高度变化率信号传输给飞机内部的自动控制系统或是发送给地面控制台。
[0009]本发明所述的大气静压传感器需采用绝压型压力传感器，量程范围为O?15psi，内部温度补偿范围为O?60°C，线性度最大为±0.1%满量程。
[0010]本发明所述的温度传感器测量范围为-55?+150°C。
[0011]本发明所述的A/D转换器需采用16位或以上的串口、采样频率IOOksps以上，使测量范围内系统的气压分辨率值达到0.852pa。
[0012]本发明的有益效果是采用大气静压传感器来通过测量大气静压变化率来得到气压高度变化率的数值，其优点在于，首先通过在系统允许误差范围内，对解算公式进行插值近似处理，使的微控制器运算速度更快，显著提高了系统的测量速度。其次通过软件方法进行温度补偿，使得压力传感器输出基本不随温度的改变而发生变化，提高测量精度。再次，无人机主要在中低空飞行，高度变化比较大，通过精度更高，采样更快的转换器，提高了无人机气压高度变化率的准确性。最后数据处理的准确性对无人机自动着陆及弹射起飞至关重要，提高了无人机的安全性。因此本发明非常适用于无人机大气数据系统，尤其是中低空飞行的无人机。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是无人机气压高度变化率测量系统的示意图。
[0014]图2为无人机气压高度变化率测量系统软件操作流程图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0016]参见图1，本发明采取如下的技术实施方案:
[0017]无人机气压高度变化率测量系统主要含有:大气静压传感器，温度传感器，信号处理电路，A/D转换器和微控制器单元。
[0018]步骤1:首先通过安装在无人机上的压力传感器和温度传感器将采集到的大气压力信号和温度值信号传给信号处理电路，经过信号处理电路调零、放大处理后使大气压力模拟信号和温度模拟信号能够满足A/D转换器工作要求。大气静压传感器需采用O?15psi量程范围，内部温度补偿范围为O?60°C，线性度最大为±0.1%满量程，绝压型压力传感器；温度传感器需要采用测量范围为-55?+150°C，可产生与绝对温度成比例的输出电流；信号处理电路主要是将压力传感器产生的电压信号经过调零、放大处理，以便满足A/D转换器的使用要求；
[0019]步骤2:将信号处理电路放大处理后的信号值传给A/D转换器，经过16位AD的转换，将采集到的压力值和温度模拟信号转换为能够被控制单元读取、运算的数字信号。根据无人机气压高度变化率非常迅速的特点及需要获得更高的气压高度分辨的要求A/D转换器需采用16位或以上、串口、采样频率IOOksps以上，使测量范围内系统的气压分辨率值达到 0.852pa ；
[0020]步骤3:把经过高速AD转换器输出的数字信号通过串口发送给微控制器单元，在单元内部，一方面通过大气静压与高度变化率之间的函数关系，运用线性插值法快速解算出高度变化率；另一方面，由于压阻式传感器易受温度影响，采用软件补偿方法进行校正。经过运算本发明数据处理算法，得到相应的气压高度变化率。压力传感器测出气压数据为P，海平面的气压数据为Ptl = 1013.25hPa，气压高度变化率Vy的计算公式可使用《大气数据
计算机系统》(肖建德编)提供的国际气压高度变化率公式计算:G = 其中H为气压高
度，t为高度变化时间，Vy即为气压高度变化率。经过推导可得:
【权利要求】
1.一种无人机气压高度变化率测量系统，包括大气静压测量传感器，温度传感器，信号处理电路，A/D转换器和微控制器单元，其特征在于: 通过安装在无人机上的大气静压传感器和温度传感器将采集到的大气压力信号和温度值信号传给信号处理电路，经过信号处理电路调零、放大处理后使大气压力模拟信号和温度模拟信号能够满足A/D转换器工作要求；将信号处理电路放大处理后的信号值传给A/D转换器，经过16位AD的转换，将采集到的大气压力模拟信号和温度模拟信号转换为能够被微控制器单元读取、运算的数字信号；把经过AD转换器输出的数字信号通过串口发送给微控制器单元，在单元内部，一方面通过大气静压与高度变化率之间的函数关系，运用线性插值法快速解算出未经校正的气压高度变化率；另一方面，由于压力传感器易受温度影响，采用软件补偿方法进行校正，得到最终的气压高度变化率；根据不同需要，微控制器单元可以通过输出口将解算出的气压高度变化率信号传输给飞机内部的自动控制系统或是发送给地面控制台。
2.根据权利要求1所述的一种无人机气压高度变化率测量系统，其特征在于:所述的大气静压传感器需采用绝压型压力传感器，量程范围为O?15psi，内部温度补偿范围为O?60°C，线性度最大为±0.1%满量程。
3.根据权利要求1所述的一种无人机气压高度变化率测量系统，其特征在于:所述的温度传感器的测量范围为-55?+150°C。
4.根据权利要求1所述的一种无人机气压高度变化率测量系统，其特征在于:所述的A/D转换器需采用16位或以上的串口、采样频率IOOksps以上的A/D转换器，使测量范围内系统的气压分辨率值达到0.852pa。
【文档编号】G01C5/06GK103453883SQ201310390961
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月31日 优先权日:2013年8月31日
【发明者】乔阳, 严畅, 于洪伟 申请人:西北工业大学