[发明专利]一种激光大气数据系统及计算方法

说明书

本发明公开了一种激光大气数据系统及计算方法，涉及大气参数测量领域，系统包括紫外激光器、光学窗口、收发天线、接收准直组件、多通道标准具、光电探测组件和数据采集处理组件。本发明利用具有多个通道的标准具精确测量激光频谱在各个特征频率上的强度信息，高精度地拟合原始频谱信号，能够在没有其他原理大气数据传感器支持的前提下独立、精确地反演大气数据信息。解决了激光大气数据系统长期以来难以同时精确输出多种大气数据信息的固有难题，通过本发明提供的激光大气数据系统与传统大气数据系统组成非相似余度大气数据系统能够大幅度地提高飞行大气参数的可靠性，保障飞机的飞行安全性。

技术领域

本发明涉及大气参数测量领域，具体涉及一种激光大气数据系统及计算方法。

背景技术

大气数据系统作为飞行安全关键系统，在民机型号的设计研制及商业运行中，受到了高度重视。为了保障飞行安全和匹配多通道飞行控制系统的设计要求，现代民用飞机都具有多套冗余备份的大气数据受感器和传感器。当前主流的民用飞机中，通常需要配置三套独立的大气数据系统和一套备用大气数据系统。

尽管机载大气数据系统采用了多通道的监测与备份的冗余配置，但由于这些通道所采用的原理是一致的，因此仍然不能避免出现如空速管结冰、攻角传感器故障等共模故障导致全机大气数据系统失效的情况。多起有重大影响的空难中有相当多都与大气数据系统的一些信息失效有关。如2009年法航AF447航班（空客A330）在巡航高度37000英尺进入对流云团。三根空速管同时结冰，导致所有空速指示异常，飞机失速坠毁。2018年印尼狮航JT610航班和2019年埃塞俄比亚航空公司ET302航班（均为波音737 MAX）均在起飞后发生攻角传感器故障，错误的迎角数据激活自动防失速系统（机动特性增强系统MCAS），与飞行员争夺飞机控制权，飞机失控坠毁。

从空难发生及其原因和产生的重大影响看，导致飞机出现事故的大气数据系统的多通道的冗余系统方案与所采用的机载设备并未能够很好地达到预期的设计与安全目标，这既与多通道冗余大气数据系统的具体实现有关，也与冗余设备工作原理相同、环境适应性相似、存在共性隐患有关。相比于单个通道或者单个部件的故障与失效，多通道冗余设计中由于各个通道原理相同而存在的共性隐患的潜在安全影响更大。因此，面向未来新型民用飞机更加安全、更加高效、更加舒适和经济的设计目标，就机载大气数据系统的设计，非常有必要在当前的多通道冗余设计的基础上，进一步增加与当前机载系统测量原理不同、信息源独立的大气数据系统，从根源上提高大气数据信息的监测范围和准确性，为提高飞机的安全性奠定关键系统和关键信息源基础。

用于大气物理研究的地基大气探测激光雷达往往使用532nm绿光作为探测光源，这是由于碘分子吸收光谱仪在532nm附近具有极好的吸收光谱线。但是出于激光人眼安全要求的相关考虑，激光大气数据系统不能使用诸如绿光等对人眼伤害较大的光源。

激光大气目前存在诸多技术难题，导致其进入应用缓慢，关键的核心难题在于激光频谱分析的复杂性。激光大气数据系统需要从散射光中同时提取速度、温度、密度等大气数据信息，这些信息彼此耦合，导致解算困难。如基于CCD的光电探测系统对F-P标准具出射信号进行探测，增加频谱信息容量，但计算程序复杂，校准困难。美国专利公开号US10444367B2公开的相关光学大气数据系统需要使用传统大气数据系统提供温度/压力信号以进行解算，不能满足民用航空关键传感器系统的独立工作要求。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种激光大气数据系统及计算方法解决了现有激光大气数据系统在激光频谱分析过程中大气数据速度、温度、密度难以兼顾，无法同时精确测量的技术问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种激光大气数据系统，其包括紫外激光器、光学窗口、收发天线、接收准直组件、多通道标准具、光电探测组件和数据采集处理组件；其中：