[发明专利]高空驻空飞行器风速风向实时测量方法与装置

摘要

本发明是一种高空驻空飞行器风速风向实时测量方法与装置，该方法由测量装置和与风速风向提取算法构成。测量装置由无刷电机驱动、以恒定角速率转动的刚性旋杆，刚性旋杆两端装有测压探头，测压探头连接在一个压差传感器上。当风吹向恒定转动的刚性旋杆时，两测压探头间的压差为一周期性余弦信号。该信号的幅值与风速大小成正比，信号的相位包含了风向角信息。通过本发明的提取算法，可从压差信号中提取出风速风向信息。本发明的特点是在既定风速下，压差信号的幅值与大气密度和旋臂线速度之积成正比。因此，通过合理地选择刚性旋杆转速和旋臂长度，在大气密度很低的情况下也能得到较大的信号量，从而能可靠地提取出风速风向信息。

主权项

一种高空驻空飞行器风速风向实时测量装置，其特征在于：在高空稀薄大气环境中，为低速、驻空型飞行器提供风速风向测量信息，该测量装置包括：压差传感器(U1)，第一测压探头(U2A)、第二测压探头(U2B)，刚性旋杆(U3)、传感器安装盘(U4)，无刷电机及其控制器(U5)、微处理器(U6)和附件(U7)组成；刚性旋杆(U3)对称安装在无刷电机(U5)的转动轴上；第一测压探头(U2A)和第二测压探头(U2B)分别安装在刚性旋杆(U3)的长边窄面两端，且第一测压探头(U2A)和第二测压探头(U2B)与刚性旋杆(U3)旋转平面平行，且第一测压探头(U2A)、第二测压探头(U2B)分别与刚性旋杆(U3)的长边窄面垂直，第一测压探头(U2A)和第二测压探头(U2B)到无刷电机(U5)转动轴的距离相等；传感器安装盘(U4)安装在刚性旋杆(U3)上；压差传感器(U1)安装在传感器安装盘(U4)上，压差传感器(U1)与第一测压探头(U2A)和第二测压探头(U2B)连接；无刷电机(U5)带动刚性旋杆(U3)以恒定角速率ω转动；无刷电机(U5)上设有绝对式旋转编码器，绝对式旋转编码器用于输出刚性旋杆(U3)的各个时刻转动角；当风吹向转动的刚性旋杆时，第一测压探头(U2A)和第二测压探头(U2B)之间产生并输出压差；附件(U7)包含气压计和温度计，用于测量大气压强和大气温度；微处理器(U6)根据附件(U7)给出的气压强和大气温度信号计算出大气密度；微处理器(U6)与压差传感器(U1)连接，压差传感器(U1)输出的压差信号给入微处理器(U6)，无刷电机(U5)与微处理器(U6)连接，微处理器(U6)对无刷电机(U5)输出的刚性旋杆(U3)转动角信号进行高速采样；微处理器(U6)根据大气密度、压差信号和转动角信号并采用风速风向提取算法得到飞行器相对大气的相对风速、风向信息，该相对风速、风向信息与导航系统给出的地速信息融合，得到真风速风向信息。