[发明专利]使用激光诱导的等离子体通道收集空中数据的方法和系统

说明书

本发明涉及使用激光诱导的等离子体通道收集空中数据的方法和系统，提供了一种测量飞行器的空中数据的方法。该方法包括通过设置在飞行器上的激光器向飞行器外部的空气中发射激光，该激光器被调谐以在空气中诱导激光诱导的等离子体通道(LIPC)。该方法还包括通过设置在飞行器上的传感器系统感测LIPC的至少一个属性。该方法还包括通过设置在飞行器上的计算设备基于LIPC的至少一个属性来计算飞行器的空中数据。

技术领域

本公开的领域总体上涉及空中数据系统，并且更具体地涉及用于使用激光诱导的等离子体通道来测量飞行器的空中数据的系统和方法。

背景技术

为了测量飞行器的空中数据，诸如空速和空气密度，通常使用静压仪器，诸如皮托管。此类仪器的可靠性取决于维持开放的空气通道，该空气通道可能易于受到结冰、昆虫、鸟击等的影响。另外，由于加热和冲击波的形成，皮托管难以在高超音速下使用。皮托管的已知替代方案包括光检测和测距(LIDAR)系统，其中激光器用于通过以脉冲激光照射目标并感测由目标反射的激光脉冲来测量到目标的距离。LIDAR中用于测量空中数据的目标是空气分子或空中颗粒。然而，在超音速或高超音速飞行器通常运行的30,000英尺以上，颗粒稀少。此外，LIDAR需要相对大、重且昂贵的激光器来发射足够强的激光以用于反射后的检测，尤其是当海拔增加并且空气密度相应降低时。因此，用于测量空中数据的皮托管的替代系统将具有实用性，该系统比LIDAR系统更小、更轻和/或更便宜。

发明内容

本公开的一个方面包括一种测量飞行器的空中数据的方法。该方法包括通过设置在飞行器上的激光器向飞行器外部的空气中发射激光，该激光器被调谐以在空气中诱导激光诱导的等离子体通道(LIPC)。该方法还包括通过设置在飞行器上的传感器系统感测LIPC的至少一个属性。该方法还包括通过设置在飞行器上的计算设备基于LIPC的至少一个属性来计算飞行器的空中数据。

本公开的另一方面包括一种用于测量飞行器的空中数据的空中数据系统。该空中数据系统包括激光器、传感器系统和计算设备。激光器被设置在飞行器上。传感器系统也被设置在飞行器上。计算设备被设置在飞行器上，并且包括与激光器和传感器系统电子通信的至少一个处理器。至少一个处理器被配置为使激光器向飞行器外部的空气中发射激光，激光器被调谐以在空气中诱导LIPC。至少一个处理器还被配置为从传感器系统接收由传感器系统检测的LIPC的至少一个属性，并且基于LIPC的至少一个属性来计算飞行器的空中数据。

存在与上述方面有关的特征的各种改进。其他特征也可以并入上述方面。这些改进和附加特征可以单独存在或以任何组合存在。例如，以下关于任何示出的示例讨论的各种特征可以单独地或以任何组合并入任何上述方面中。

附图说明

图1是在飞行器上实现的示例空中数据系统的示意性框图；

图2A是包括图1的空中数据系统的示例实施方式的飞行器的示意性侧视图；

图2B是包括图1的空中数据系统的另一实施方式的飞行器的示意性正视图；

图3是包括图1的空中数据系统的另一实施方式的飞行器的示意性侧视图；

图4是包括图1的空中数据系统的另一实施方式的飞行器的示意性侧视图；

图5A是示出用于测量飞行器的迎角的图4所示的空中数据系统的示意图；

图5B是示出用于测量飞行器的侧滑角的图4所示的空中数据系统的示意图；并且

图6是测量飞行器的空中数据的示例方法的流程图。

尽管各种示例的特定特征可以在一些附图中示出，而在其他附图中未示出，但这仅是为了方便。可以结合任何其他附图的任何特征来引用和/或要求保护任何附图的任何特征。