[發明專利]縱向風場探測儀及其預測方法

在審

• 申請號: 202111172140.3
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN114063196A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 陶金;鄭月敏;孫青林;孫昊;檀盼龍
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G01W1/08
• 分類號: G01W1/08;G01W1/10
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 劉寧

本發明涉及一種縱向風場探測儀及其預測方法，包括傘翼系統和控制系統，傘翼系統包括傘翼、操縱繩、傘繩、吊帶和負載控制箱，控制系統實現了GPS定位，風場辨識和風場預測，并在地面站上實時顯示。本申請使用傘翼作為減速器保證其飛行的平穩性，因此基于傘翼減速性能的風場探測儀相對于地面的速度僅與風速有關，而且傘翼相對于其他減速降落傘具有更強的穩定性。風場探測儀通過空中下投的方式對隨海拔高度變化的工作空域風場進行探測，實時跟蹤變化風場縱向分布，為翼傘系統的精確自主歸航提供關鍵擾動數據。通過實際探測實驗可驗證下投式的風場探測儀可對風場進行較高精度的識別與預測，在較短時間內跟蹤風場的變化趨勢。

技術領域

本發明屬于無人機技術領域，具體涉及一種縱向風場探測儀及其預測方 法。

背景技術

無人機的結構簡單、造價低廉，既可用于小范圍探測偵察、運送緊急物資 等軍事用途，也可用于航拍、噴灑農藥、港口消霧等民用用途。由于其速度較 低，易受到大氣環境條件的影響，事實上，即使在飛行器設計相當完善的今天， 風場擾動仍是造成任務執行失敗的重要原因之一，因此在無人機執行任務之前， 需對工作空域內的變化風場進行探測，規劃合理的飛行軌跡以及設計相應的抗 風擾控制策略，保證無人機順利執行任務。

相關技術中，目前普遍是利用設備進行實時測量，如定點安裝風速儀，由 于只能對單點進行準確測量，無法對不同高度的分層風場進行探測，限制了應 用范圍，但若在無人機上安裝風速傳感器，由于風速傳感器的數據精度容易受 無人機系統姿態波動的影響，不易得到系統周圍的風場信息。美國喬治亞理工 學院宇航學院曾利用基于地面的激光雷達系統對無人機作業區域附近的風場進 行離散采樣獲得風廓數據，并將風廓數據實時傳送給無人機系統來調整其飛行 狀態，這種方法能夠準確測量出著陸點及其周圍的風場信息，但該測量風場方 法成本較高，實現起來較麻煩，且不適宜用在地面激光雷達設置受限的地方， 降低了系統的實用性。或采用光學遙感儀器對高層大氣風場進行測量，靈敏度 較高，美國航空航天局(NASA)采用風成像干涉儀(WINDII)探測衛星覆蓋范圍的 大氣風場，所探測光源譜線波長分別為557.7nm和630.0nm的綠光與紅光極光 譜線，獲得了大量精確的高層大氣風場信息，但無法提供精確的局部區域詳細 的風場信息，對于無人機執行任務而言，當從高海拔區域飛至低海拔區域時， 需要的是整個工作空域風場的分層信息，而現有的風場探測儀成本高且獲得的 風場數據不夠精確。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種縱向風場探 測儀及其預測方法，以解決現有風場探測儀獲取的風場數據不夠精確的問題。

為實現以上目的，本發明采用如下技術方案：一種縱向風場探測儀，包括： 所述縱向風場探測儀通過空中下投的方式對隨海拔高度變化的工作空域風場進 行探測，可實時跟蹤變化風場的縱向分布；所述縱向風場探測儀包括：傘翼系 統和控制系統；

所述的傘翼系統包括：傘翼，和用于操縱傘翼后緣的左右兩側的操縱繩， 傘翼通過傘繩和吊帶與負載控制箱相連，負載控制箱內設置有一個T型隔板， 控制系統固定在傘翼系統的負載控制箱里的T型隔板上；

所述控制系統包括分別固定在T型隔板上左右兩側的左右的第一舵機和第 二舵機，第一舵機和第二舵機的舵機軸分別通過第一連軸器、第二連軸器各安 裝一個用于拉動傘翼系統操縱繩的第一載線盤和第二載線盤；第一舵機驅動器 與九軸陀螺儀固定在T型隔板一側的第一舵機的下方，第二舵機驅動器與氣壓 高度計固定在T型隔板另一側的第二舵機的下方，第一舵機驅動器和第二舵機 驅動器的輸出分別對應連接第一舵機和第二舵機；

所述控制系統還包括主控制模塊、GPS定位采集模塊、氣壓高度計、九軸 陀螺儀與數傳模塊；所述主控制模塊與數傳模塊固定于T型隔板的橫隔板外面， 主控制模塊分別與第一舵機驅動器、第二舵機驅動器電連接，用于將舵機控制 PWM信號傳遞給第一舵機驅動器和第二舵機驅動器，控制兩個舵機帶動兩個 載線盤運動；GPS定位采集模塊固定在T型隔板的橫隔板里面與氣壓高度計、 九軸陀螺儀分別電連接主控制模塊的輸入端，主控制模塊的輸出端雙向連接數 傳模塊。