[发明专利]一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统

权利要求书

1.一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，其特征在于，包括：固定翼无人机、无人机控制单元、科学观测单元和地面控制站；

其中，所述科学观测单元包括移动通量观测系统、GNSS/INS组合定位定姿系统、辅助观测设备、供电电池以及机载控制计算机；所述移动通量观测系统、所述GNSS/INS组合定位定姿系统、所述辅助观测设备和所述供电电池，均连接到所述机载控制计算机，由所述机载控制计算机完成接入设备的信号转换、数据采集、数据同步、数据保存及通讯功能；所述移动通量观测系统、所述GNSS/INS组合定位定姿系统、所述辅助观测设备、所述供电电池以及所述机载控制计算机均安装于所述固定翼无人机的平面上面；所述供电电池和所述机载控制计算机安装固定于无人机的机舱内，所述供电电池为所述机载控制计算机供电；所述机载控制计算机用于向所述移动通量观测系统、所述GNSS/INS组合定位定姿系统及所述辅助观测设备供应电力；

其中，所述移动通量观测系统用于测量得到高频率的三维风速、风向、大气温度、水汽浓度和二氧化碳浓度；所述移动通量观测系统包括机载5孔湍流探头、机载5孔湍流探头电子模块、快速温度传感器、开路式水汽及二氧化碳气体分析仪、气体分析仪电子机箱和慢响应高精度温度传感器；

所述无人机控制单元包括无人机自动驾驶仪和数传电台；为保证所述固定翼无人机的飞行安全，所述无人机自动驾驶仪独立于所述科学观测单元；所述无人机自动驾驶仪与所述科学观测单元通信连接；所述无人机自动驾驶仪通过所述数传电台与所述地面控制站无线连接；其中，所述无人机自动驾驶仪控制所述固定翼无人机按照预先设计的飞行航线、飞行速度、飞行高程进行飞行观测，并将无人机飞行状态数据通过所述数传电台发送给所述地面控制站。

2.根据权利要求1所述的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，其特征在于，所述机载5孔湍流探头，用于测量高频率的通过机载5孔湍流探头的半球形表面的不受固定翼无人机机身影响的模拟信号形式的压强值；其中，所述压强值包括大气静压、全压和压差，并将模拟信号形式的所述压强值传输给所述机载5孔湍流探头电子模块；

所述快速温度传感器，用于测量高频率的模拟信号形式的大气温度脉动值，并将模拟信号形式的所述大气温度脉动值传输给所述机载5孔湍流探头电子模块；

所述机载5孔湍流探头电子模块，用于将模拟信号形式的所述压强值，转换为相对于所述机载5孔湍流探头的数字信号形式的三维风速、风向和大气温度，并传输给所述机载控制计算机；还用于将模拟信号形式的所述大气温度脉动值，转换为数字信号形式的所述大气温度脉动值，并将所述数字信号形式的所述大气温度脉动值传输给所述机载控制计算机；

所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪，用于测量大气中高频率的模拟信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度，并将模拟信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度传输给所述气体分析仪电子机箱；

所述慢响应高精度温度传感器，用于测量模拟信号形式的大气温度值，并将模拟信号形式的大气温度值传输给所述气体分析仪电子机箱；

所述气体分析仪电子机箱，用于将模拟信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度，转换为数字信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度，并传输给所述机载控制计算机；还用于将模拟信号形式的大气温度值，转换为数字信号形式的大气温度值，并传输给所述机载控制计算机。

3.根据权利要求1所述的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，其特征在于，所述GNSS/INS组合定位定姿系统为双天线GPS辅助惯性导航系统，包括双GPS天线及GNSS/INS模块，用于测量固定翼无人机的姿态信息；其中，所述姿态信息包括固定翼无人机在地球坐标系统下的实时姿态角、位置、瞬时对地速度以及角速度信息；然后，将所述固定翼无人机的姿态信息传输给所述机载控制计算机；

其中，所述双GPS天线安装于无人机上表面，并沿固定翼无人机的机身纵轴布设，所述双GPS天线包括主GPS天线和副GPS天线；其中，主GPS天线水平固定于机舱内部，副GPS天线水平固定于无人机尾部，主GPS天线到副GPS天线的基线长度为1.1m；所述GNSS/INS模块安装于固定翼无人机的机舱内，并位于固定翼无人机的重心处。