基于无人机的地面辐射测量系统的制作方法

本实用新型属于辐射测量技术领域，涉及一种基于无人机的地面辐射测量系统。

背景技术：
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地球表面在吸收太阳短波辐射的同时，又将其中的大部分能量以长波辐射的方式传送给大气。因此，地表短波与长波辐射对于地表的辐射平衡具有重要意义，为遥感、农业、气象、生态、水文等众多领域所关注。

传统的地面短波与长波辐射测量方法是在地面使用支架将四分量净辐射传感器(如Kipp &Zonen公司的CNR1和CNR4四分量净辐射传感器)架设在地表的支架或高塔上，传感器能的视场角约150度，如图1所示。这种方式可以满足地表一定直径范围内(如架设高度为 1.5米时，传感器视场的直径为11米)的测量，但是对于更大范围的测量就不适用了。由于传感器视场角一般固定，想要获得更大范围的地表辐射就需要增加高度，比如在150米高度就可以满足地表直径约1.1公里范围的测量，目前使用四分量测地面辐射的高度范围在1.5米 -50米不等，在50米这个高度进行测量目前可行的办法是架设高塔，但是这种方式的缺陷十分明显，首先建设高塔的成本随着高度的增加而增长。此外，高塔移动困难，重复使用性差；其次，如果需要在超过50的高度测量地面辐射，架设高塔也变得十分困难。

技术实现要素：
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本实用新型的目的，就是针对上述问题，提出一种基于无人机的地面辐射测量系统。

本实用新型的技术方案是：

基于无人机的地面辐射测量系统，包括辐射传感器和数据采集器，其特征在于，将所述辐射传感器和数据采集器集成在无人机上，还包括供电模块，所述供电模块的输入接无人机电源，供电模块的输出接数据采集器的电源端；所述数据采集器和辐射传感器之间通过串口进行通信连接，且辐射传感器的电源端接数据采集器的电源。

进一步的，所述辐射传感器和数据采集器集成在无人机上的方式为：无人机具有挂载板 9，所述辐射传感器放置在挂载板上，并通过紧固件连接；在挂载板两端，还固定连接有连接柱6，所述数据采集器两端通过紧固件固定在连接柱6的顶部；所述供电模块固定在挂载板下方，

进一步的，所述辐射传感器的型号为CNR-4辐射传感器；所述数据采集器的型号为 CR-1000数据采集器。

进一步的，所述供电模块采用型号为LM2596S的直流降压模块，用于将无人机输出电压降到数据采集器所需数值。

本实用新型的方案中，采用荷兰Kipp&Zonen公司生产的CNR4四分量辐射传感器和美国Campbell公司生产的多功能、紧凑的CR-1000数据采集器可以长时间采集地表短波、长波辐射数据。采集到的数据既可以在电脑端实时显示，也可以保存在数据采集器中，可以满足遥感、农业、气象、生态、水文等领域的需求，使用广泛。

本实用新型的有益效果为，配合无人机使用本实用新型能显著扩大地面辐射传感器的覆盖范围，缩小地面辐射测量系统的体积，方便携带和贮存，安装使用快捷。

附图说明：

图1为传统的地表辐射测量系统使用方式示意图

图2为本实用新型的地表辐射测量系统使用方式示意图

图3为本实用新型的系统结构示意图

图4为本系统的剖面图

图5为本系统作业方法的流程图

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型进行进一步描述。

参见图1，传统的地表辐射测量系统使用方式如图，其中101为四分量净辐射传感器， 102为数据采集器，103为铅蓄电池，104为气象站支架。

参见图2，该地表辐射测量系统使用方式如图，其中201为无人机，202为本实用新型的系统装置集成模块。

参见图3，本实用新型基于无人机的地表辐射测量系统包括：供电模块、CR-1000数据采集器、CNR-4净辐射传感器，其连接关系为：电源模块通过电源线从无人机上取电，电源模块再通过电源线连接CR-1000数据采集器，CR-1000数据采集器一方面通过电源线给CNR-4辐射传感器供电，另一方面通过串口线与CNR-4辐射传感器连接。

其中，供电模块由直流LM2596S降压模块和电容、外设电路以及外部封装等构成，能够将最高24V(无人机电压输出一般不超过24V)的电压降到所需值，最小电压差为1.5V(保护模块).

CR-1000数据采集器具有采集数据，存储数据以及给辐射传感器供电的功能。

CNR-4净辐射传感器能测量波长范围在300～2800nm的辐射，灵敏度为10～20μV/W/m2。

参见图4，本实用新型基于无人机的地表辐射测量系统剖面如图，其中12为供电模块， 2为CNR-4辐射传感器，其包括以下部分：1:下行长波辐射传感器，用于测量大气下行长波辐射(在本装置中并未使用)；4:辐射传感器水准气泡；5:下行短波辐射传感器，用于测量大气下行短波辐射(在本装置中并未使用)；10:接线端口，包括电源线接口和串口接口；11:上行长波辐射传感器，用于测量大气上行长波辐射；8:上行短波辐射传感器，用于测量大气上行短波辐射。3为CR-1000数据采集器；6为连接柱，连接碳纤维板和数据采集器；7为内六角螺母；9为碳纤维挂载板，用于搭载整个实用新型装置并与无人机通过挂载杆连接件连接。此外还有用于连接无人机和此系统的挂载杆连接件未在剖面图图中标出。

参见图5，本系统的操作流程如下：

步骤1：使用串口线和电源线将供电模块和CR-1000数据采集器以及辐射传感器连接

步骤2：使用无人机挂载杆连接件连接本系统装置和无人机，使之固定在无人机上并通过调整连接件螺母使水准气泡保持水平。然后供电模块另一端接无人机电源输出口，开始供电。

步骤3：检查辐射传感器和数据采集器是否正常工作。可通过数据采集器上的指示灯等判断，使用电压表测供电模块实际输出电压是否在误差允许范围内。

步骤4：无人机起飞，定点悬停在某个高度；可根据无人机悬停位置计算出地面的观测范围。

步骤5：数据采集器记录实验数据。

步骤6：任务完成后无人机降落。

步骤7：从数据采集器导出数据，操作结束。