[发明专利]直升机光学大气数据系统

权利要求书

1.一种直升机光学大气数据系统，包括：受感器组件(3)、静压传感器(6)和静温传感器(9)以及传感器组件(12)，其特征在于：基于相干探测体制的激光多普勒测风雷达原理，传感器组件(12)向受感器组件(3)发射激光(5)，受感器组件(3)将激光(2)发射到大气中，并接收与大气气溶胶粒子发生米散射后携带多普勒频移的散射信号(1)，散射信号(1)利用受感器组件(3)的多个镜头转换为光轴空速散射激光信号(4)，并通过激光传输链路发送回传感器组件(12)，传感器组件(12)对光轴空速散射激光信号进行处理，计算受感器组件(3)激光遥感的空速数据，并解算光轴空速到直升机三维空速、攻角和侧滑角，得到直升机空速信息；同时，静压传感器(6)根据传感器组件(12)发出的静压控制信号(8)测量大气静压(7)，传感器组件(12)接收静压传感器(6)测量得到的大气静压信号；静温传感器(9)根据传感器组件(12)提供的静温控制信号(10)测量大气静温(11)，传感器组件(12)接收静温传感器(9)测量得到的大气静温信号；传感器组件(12)对上述得到的空速信息、大气静压信息和大气静温信息进行数据融合，直接解算并输出完整的直升机三轴大气数据信号；

受感器组件(3)是一个发射-接收共光路的光学系统，它包括：连接光学窗口(31)的光纤扫描部件(32)，光纤扫描部件(32)串联的远端光纤模块(33)，远端光学模块(33)接收传感器组件(12)发出的激光，并将激光发送给光学扫描部件(32)；

光学扫描部件(32)内置连接远端光纤模块(33)的光开关模块(324)，光开关模块(324)分头连接第1镜头(321)、第2镜头(322)和第3镜头(323)，按照预先设计好的控制程序，经过指定的时间进行一次光路切换，将激光依次发送到第1镜头(321)、第2镜头(322)和第3镜头(323)；第1镜头(321)、第2镜头(322)和第3镜头(323)将出射激光分别聚焦到光学窗口(31)，并通过光学窗口(31)将激光发射到空间中不同的方向，实现对不同方向上的测量；其中，第1镜头(321)、第2镜头(322)和第3镜头(323)出射激光的光轴在受感器组件的光学窗口(31)上汇聚为一点，实现利用较小口径的光学窗口在飞机机身上透射激光的功能，为遥感探测激光发射及散射激光回波信号接收提供必要的空间路径。

2.如权利要求1所述的直升机光学大气数据系统，其特征在于：受感器组件(3)和传感器组件(12)之间由光缆连接，静压传感器(6)和传感器组件(12)之间由电缆连接，静温传感器(9)和传感器组件(12)之间由电缆连接；光学大气数据系统使用激光遥感的原理测量空速，使用压力解算原理测量大气压力和高度，使用温度测量原理测量大气温度，将测量得到的大气数据通过总线输出到直升机。

3.如权利要求1所述的直升机光学大气数据系统，其特征在于：在受感器组件(3)中，激光受光开关模块(324)控制依次通过第1镜头(321)、第2镜头(322)和第3镜头(323)测量空间中不同方向上的轴向空速，在一个控制周期内，三个镜头依次测量得到一组轴向空速信号组成的光轴空速矩阵；在嵌入式计算机(127)中，光轴空速通过以下三轴空速V XYZ公式VXYZ＝M.V 123计算得到以直升机机体坐标系XYZ定义的三轴空速,其中，V 123是光轴空速,V XYZ是三轴空速，M是由光轴空速到三轴空速的传递矩阵。

4.如权利要求3所述的直升机光学大气数据系统，其特征在于：嵌入式计算机(127)在完成三轴空速解算的同时，从远程接口单元(121)接收本控制周期内静压传感器(6)测量得到的大气静压信号(7)，静温传感器测量(9)得到的大气静温信号(10)，并且将三轴空速转换为真空速(131)、攻角(133)和侧滑角(134)，将大气静压(7)转换为气压高度(135)，从气压高度(135)的变化中解算出升降速度(136)，完成所有解算后，嵌入式计算机(127)将真空速(131)、校准空速(132)、攻角(133)、侧滑角(134)、气压高度(135)、升降速度(136)、大气静温(137)等大气数据信号(13)通过总线输出到直升机。