[发明专利]无人飞机机载大气环境探测系统

说明书

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。

附图说明

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24×12×6cm，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：10～1100hPa(±0.5hPa)

气温：-40℃～+60℃(±0.2℃)

湿度：0～100％(±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-Ve

Ve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。