[发明专利]近地低空飞行器运动状态的监测系统及方法

说明书

本发明属于航空电子和航空仪表技术领域，涉及一种近地低空飞行器运动状态的监测系统及方法。本发明包括差压传感系统、温度传感器、压力传感器和单片机，所述压力传感器和温度传感器的感应端均设置在飞行器的蒙皮内，所述压力传感器和温度传感器的信号输出端与单片机连接；所述单片机通过通讯线路和协议接入飞行器的飞控系统，并向地面指挥监控中心发送信息并接受监控；有助于飞行器的海拔高度、平面多向空气流速、升降速度等精确测量。依托低空大气参数特性，可以大大减少飞行器对GPS和差分台的依赖，降低人员低空操控难度，有利于提升飞行器特别是无人飞行器低空作业及自动安全着陆的智能化水平。

技术领域

本发明属于航空电子和航空仪表技术领域，涉及一种近地低空飞行器运动状态的监测系统及方法。

背景技术

100多年前莱特兄弟发明固定翼飞机和以后各种飞行器发展，其依据的基本原理是300年前人们发现的各种流体力学规律包括伯努利方程，同时人们还发现大气对流层（约10km海拔高度），特别是低空（2km以下）大气密度基本成线性变化特点，也就有了膜盒仪表在飞行器上的应用并沿用至今。

1903年12月17日，美国莱特兄弟完成人类首次飞行至今已有近120年时间，气动机械膜盒仪表伴随飞行器发展，而不断完善并沿用至今，为了使飞行器上高度表、空速表和升降速度表的指示数据，能够接近飞行器实际运动姿态，设计了一套复杂机械结构和取压管路的差压空速管（皮托管），为了防止空中结冰还在差压空速管内设计了电加温装置，动压取压口面向气流方向承受相对气流冲击压（动压），通过动压管路连接空速表膜盒，带动传动机构使指针指示在仪表盘上。静压取压口开在差压空速管周围若干个，以保证不受运动气流影响，使高度表膜盒内气压与飞行器所处高度的场压相一致，高度表膜盒内气压随外界气压变化鼓动膜盒而带动高度表指针指示高度。升降速度表膜盒连接静压并与密封的仪表壳体连通，取压差变化速度指示升降速度。上述膜盒仪表体系受多种因素影响指示误差大，为此，加装了一个无线电高度表，通过电波发射和接收时间长短来判断相对高度，但是，受技术设备限制和环境影响，空速表、升降速度表和两个高度表均不能客观反映飞行器飞行姿态，低空飞行特别是在着陆过程中，飞行手册要求着陆过程300m的高度以下，不看仪表，目测高度、空速和下降速度，主要靠飞行人员目视判断，难以保证精确度，影响安全性。而且一旦出现空速管结冰的故障，或空速管加温装置出现故障检修不及时就会危及飞行安全。

随着半导体技术和数控技术的进步，可控硅传感器开始替代飞行器上的膜盒传感器，数控技术也在新型号飞行器的飞控系统上应用，但是其取压结构基本没变，与膜盒仪表相比并没有产生质的提升。

随着卫星导航技术的普及，无人和有人飞行器安装了GPS或北斗导航系统，在有地面卫星导航三维基准差分台的加持下，高度差也能达到1米以内，飞行器平面位移精度可以达到5cm以内，但是在没有地面差分站的区域，其位高度误差仍然满足不了飞行器低空飞行需要，特别是无人飞行器低空作业（比如农林植保）仍然需要目测和人工干涉为主，满足不了自动驾驶的需求。过度依赖星链传输，更存在卫星信号干扰和中断的危险，综上，现在飞行器（有人或无人）亟待攻克低空作业和着陆过程中主要依赖目测和信号传输的弊端。

总之，飞行器自身感知能力不强的原因：一是受低空近地电磁场域环境过于复杂多变影响，提升自身发射无线信号类感知设备敏感度有技术瓶颈。二是低空大气参数比较稳定，但是选用传感器、感知结构布局和算法等，循于膜盒仪表架构思维，限制了新技术的应用和发展。

发明内容

本发明提供一种近地低空飞行器运动状态的监测方法，有助于飞行器的海拔高度、平面多向空速、升降速度等精确测量。依托低空大气参数特性，可以大大减少飞行器对GPS和差分台的依赖，降低人员低空操控难度，有利于提升飞行器特别是无人飞行器低空作业及自动安全着陆的智能化水平。

本发明是通过以下技术方案解决技术问题的：