CN102183962A

CN102183962A - 无人机下投探空仪及其释放控制方法

Info

Publication number: CN102183962A
Application number: CN2011100589385A
Authority: CN
Inventors: 马舒庆; 张小平
Original assignee: CMA Meteorological Observation Centre
Current assignee: CMA Meteorological Observation Centre
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2031-03-11
Also published as: CN102183962B

Abstract

一种无人机下投探空仪及其释放控制方法，探空仪壳体内装GPS天线、GPS接收单元、电池、探空采集控制电路、无线发射单元、降落伞、气压传感器、温度传感器、湿度传感器以及壳体上安装的发射天线，壳体的上部连有挂钩，壳体的上表面固定有触点，电池经继电器与GPS接收单元、无线发射单元和探空采集控制电路连接成控制回路，控制回路中并联有与触点接触连接的两个触点簧片，气压传感器、温度传感器和湿度传感器固定在机舱外面，其导线分别与机载控制电路控制接点连接。可选择电磁铁锁定或释放无人机下投探空仪，释放控制方法原理简单，保护措施有效，能有效地最直接地获取大气垂直剖面的温度、湿度和气压数据资料，并将数据实时发送回地面中心。

Description

无人机下投探空仪及其释放控制方法

技术领域

本发明涉及一种安装在无人飞机上的下投探空仪及其释放控制方法。

背景技术

自开展气象探空资料收集以来，探空仪的释放在许多较发达的国家都还是采用人工释放探空气球方法，这种传统的放球方法一直延续了近百年的历史，操作起来难度很大，精确度小，需要人工通过雷达紧密跟踪释放后的气球以及探空仪，如果遇到大风、大雾天气，或者由于人工跟踪时间长，感觉上产生失误，很容易错误地将雷达接收到的错误信号作为主要信号，从而缩短跟踪时间，丢失气象探测资料数据。为了避免了放球时间与信号接收产生的误差，并可在最短时间内跟踪到气球并收集到探空气象资料信息，避免了大风、大雾天气以及人工跟踪出现的错觉，特别是解决了大风天气放球难的问题，进而产生新的释放探测仪的仪器，但仍然不能实时准确的获取探空仪所在位置和大气中温度、湿度、气压等数据，也不能最有效最直接地获取到大气垂直剖面的数据资料。如果探空仪不能准确的投放到预定的地点和高度，会造成某一大气层记录的缺测或探测高度的降低,导致重新投放探空仪,不仅造成财产损失而且延误了最佳探测时间,影响到天气预报及资料的使用与服务工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人机下投探空仪及其释放控制方法，要解决现有探空仪投放地点和高度不准确，同时很难实时采集探空仪所在位置和大气中温度、湿度、气压等数据的技术问题；并解决探空仪释放过程中要求更好保护性措施，整个释放控制电路设计简单容易控制的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无人机下投探空仪，包括壳体内装的GPS天线、GPS接收单元、电池、探空采集控制电路、无线发射单元、降落伞、气压传感器、温度传感器、湿度传感器以及壳体上安装的发射天线，所述壳体的上部连有挂钩，壳体的上表面固定有触点，所述电池经继电器与GPS接收单元、无线发射单元和探空采集控制电路连接成控制回路，控制回路中并联有与触点接触连接的两个触点簧片，所述气压传感器、温度传感器和湿度传感器装在探空采集控制电路的电路板上，湿度传感器和温度传感器的感应部分伸出机舱外面，所述壳体的上面有断电孔，断电孔内置有一常闭触点，当有针状物体通过断电孔，可以将常闭触点顶开，断开电路。

所述机舱自前至后顺序分为降落伞舱、GPS天线舱、GPS接收单元舱、电池舱、探空采集控制电路舱和无线发射单元舱，无线发射单元舱的尾部连接发射天线。

一种无人机下投探空仪的释放控制方法，步骤如下：

步骤1，无人机下投探空仪通过其挂钩挂在无人机机体或机翼下部。

步骤2，无人机飞行到预定的地点和高度，通过遥控指令或程序预置，给无人机下投探空仪命令。

步骤3，机载控制电路控制接点闭合，通过固定板上的触点簧片和无人机下投探空仪上的触点，使继电器的线圈加电，继电器常开接点闭合，探空仪电路接通电池，开始工作。

步骤4延迟2分钟后，探空采集控制电路控制无人机下部的电磁铁吸合，电磁铁的定位销从挂钩抽出，无人机下投探空仪由于重力的作用，尾部先离开无人机。

步骤5放无人机下投探空仪，无人机下投探空仪离开无人机后，降落伞自动打开，下投探空仪由于重力的作用缓缓下落。

步骤6在无人机下投探空仪下落的过程中，温度传感器、湿度传感器和气压传感器感应大气的温度、湿度和压力，并通过探空采集控制电路转化成数值，通过无线发射单元发至GPS接收单元。

所述步骤1，无人机下投探空仪通过其挂钩挂在无人机机体或机翼下部的固定板上，在固定板的前端连有整流罩，无人机下投探空仪的前端插入固定板上的整流罩，固定板的后端连有定位槽，挂钩插入定位槽，固定板的中部下面连有电磁铁，所述电磁铁与定位销相连，定位销挂住挂钩，所述定位槽用于定位挂钩和定位销，所述两个触点簧片与无人机下投探空仪壳体上的触点相接。

所述两个触点簧片并联在控制回路中。

所述无人机下投探空仪的下落速度是8～10米/秒。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：本发明的探空仪挂在无人机机体或机翼的下部，选择电磁铁锁定或释放无人机下投探空仪；电磁铁与定位销相连，定位销挂住挂钩定位在定位槽内，当电磁铁的定位销从挂钩下抽出，无人机下投探空仪由于重力的作用，尾部先离开无人机。

其中的探空采集控制电路控制探空仪加电控制电路的接点闭合，通过固定板上的触点簧片和无人机下投探空仪上的触点，使继电器的线圈加电，继电器常开接点闭合，探空仪电路接通电池电源，开始工作；当用一根针状物体通过探空仪壳体上的断电孔，顶开常闭触点，继电器的线圈断电，继电器常开接点断开，探空仪电路断电，停止工作。

无人机下投探空仪前部和固定板上的整流罩之间的空间中存放降落伞，当探空仪完全离无人机后，降落伞由于自身的张力和空气的阻力作用，自动打开，保护探空仪平稳落地。

本发明可最有效地最直接地获取大气垂直剖面的温度、湿度和气压数据资料，一并地将探空仪位置数据通过无线发射单元实时准确地将传送到GPS接收单元，再通过GPS天线实现转发至地面计算机中，研究员可以采集到最佳探测数据，及时通过计算大气中各种数据值为大气研究提供可靠的数据依据。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的。

图2是本发明与无人机连接示意图。

图3是本发明的电池和开关电路图。

图4是本发明的常闭触点的结构示意图。

图5是本发明的开始下落的示意图。

图6是本发明的下落后打开降落伞的示意图。

图7是本发明的电路框图。

附图标记：1－壳体、2－挂钩、3－发射天线、4－无线发射单元、5－探空采集控制电路、6－温湿度传感器、7－湿度传感器、8－气压传感器、9－GPS接收单元、10－GPS天线、11-降落伞、12-触点、13-断电孔、14-电池、15-固定板、16-整流罩、17 -定位槽、18-电磁铁、19-定位销、20-继电器、21-继电器常开接点、22-常闭触点、23-机载控制电路控制接点、24-触点簧片、25-针状物体。

具体实施方式

参见图1结构示意图所示，这种无人机下投探空仪，包括壳体1内装的GPS天线10、GPS接收单元9、电池14、探空采集控制电路5、无线发射单元4、降落伞11、气压传感器8、温度传感器6、湿度传感器7以及壳体1上安装的发射天线3，壳体内的机舱自前至后顺序分为降落伞舱、GPS天线舱、GPS接收单元舱、电池舱、探空采集控制电路舱和无线发射单元舱，无线发射单元舱的尾部连接发射天线。所述壳体1的上部连有挂钩2，壳体的上表面固定有触点12，在电池旁边有个断电孔。

参见图3电池和开关电路图所示，电池14经机载控制电路控制接点23、继电器20与探空仪电路连接成控制回路，继电器20串联有继电器常开点21和常闭触点22，控制回路中并联有与触点12接触连接的两个触点簧片24。机载控制电路控制接点（23）闭合，通过固定板上的触点簧片（24）和无人机下投探空仪上的触点，使继电器线圈通电。

参见图7电路框图所示，探空仪电路包括GPS接收单元9、无线发射单元4和探空采集控制电路5，探空采集控制电路5将采集控制信号发送到无线发射单元4，GPS接收单元9将接收到的控制信号传送到探空采集控制电路，探空采集控制电路分别与气压传感器8、温度传感器6和湿度传感器7连接，并接收各个传感器发送来的数据信息，探空采集控制电路5再与电池和开关电路中的机载控制电路控制接点23连接。

参见图4常闭触点的结构示意图所示，所述壳体的上面有断电孔13，断电孔13内置有一根针状物体25，所述针状物体与所述断电孔常闭22接点顶触。常闭触点的作用是断开探空仪电源即电池，如果要断开探空仪的电源，只要用一根针状物体通过探空仪壳体上的断电孔，顶开常闭触点，则继电器断电，继电器常开接点断开，探空仪电路断电，停止工作。

参见图2-图6所示，一种无人机下投探空仪的释放控制方法，步骤如下：步骤1，无人机下投探空仪通过其挂钩2挂在无人机机体或机翼下部。

步骤2，无人机飞行到预定的地点和高度，通过遥控指令或程序预置，给无人机下投探空仪发出命令。

步骤3，机载控制电路控制接点23闭合，通过固定板上的触点簧片24和无人机下投探空仪上的触点，使继电器30的线圈加电，继电器常开接点21闭合，探空仪电路接通电池14，开始工作。

步骤4，用一根针状物体25通过探空仪壳体上的断电孔13，顶开常闭触点22，继电器20断电，继电器常开接点21断开，探空仪电路断电，停止工作。

步骤5，延迟2分钟后，探空采集控制电路控制无人机下部的电磁铁18吸合，电磁铁的定位销19从挂钩2抽出，无人机下投探空仪由于重力的作用，尾部先离开无人机。

步骤6，释放无人机下投探空仪，无人机下投探空仪离开无人机后，降落伞11自动打开，下投探空仪由于重力的作用缓缓下落,下落速度是8～10米/秒。

步骤7，在无人机下投探空仪下落的过程中，机舱内的温度传感器、湿度传感器和气压传感器感应大气的温度、湿度和压力，并通过探空采集控制电路转化成数值，通过无线发射单元发至GPS接收单元；

步骤8，GPS接收单元获取探空仪的温度、湿度、气压和位置数据通过GPS天线转发至地面。

参见图2与无人机连接示意图所示，所述步骤1，无人机下投探空仪通过其挂钩2挂在无人机机体或机翼下部的固定板15上，在固定板15的前端连有整流罩16，无人机下投探空仪的前端插入固定板15上的整流罩16，固定板的后端连有定位槽14，挂钩2插入定位槽17，固定板的中部下面连有电磁铁15，所述电磁铁15与定位销19相连，定位销19挂住挂钩2，所述定位槽17用于定位挂钩2和定位销19，所述两个触点簧片24与无人机下投探空仪壳体上的触点12相接。所述两个触点簧片24并联在控制回路中。

Claims

1.一种无人机下投探空仪，包括壳体内装的GPS天线（10）、GPS接收单元（9）、电池（14）、探空采集控制电路（5）、无线发射单元（4）、降落伞（11）、气压传感器（8）、温度传感器（6）、湿度传感器（7）以及壳体（1）上安装的发射天线（3），其特征在于：所述壳体（1）的上部连有挂钩（2），壳体的上表面固定有触点（12），所述电池（14）经继电器（20）与GPS接收单元（9）、无线发射单元（4）和探空采集控制电路（5）连接成控制回路，控制回路中并联有与触点（12）接触连接的两个触点簧片（24），所述气压传感器（8）、温度传感器（6）和湿度传感器（7）装在探空采集控制电路（5）的电路板上，湿度传感器和温度传感器的感应部分伸出机舱外面，所述壳体的上面有断电孔(13），断电孔（13）内置有一常闭触点（22），当有针状物体（25）通过断电孔，可以将常闭触点（22）顶开，断开电路。

2.根据权利要求1所述的无人机下投探空仪，其特征在于：所述机舱自前至后顺序分为降落伞舱、GPS天线舱、GPS接收单元舱、电池舱、探空采集控制电路舱和无线发射单元舱，无线发射单元舱的尾部连接发射天线。

3.一种无人机下投探空仪的释放控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1，无人机下投探空仪通过其挂钩（2）挂在无人机机体或机翼下部；

步骤2，无人机飞行到预定的地点和高度，通过遥控指令或程序预置，给无人机下投探空仪命令；

步骤3，机载控制电路控制接点（23）闭合，通过固定板上的触点簧片（24）和无人机下投探空仪上的触点，使继电器（30）的线圈加电，继电器常开接点（21）闭合，探空仪电路接通电池（14），开始工作；

步骤4延迟2分钟后，探空采集控制电路控制无人机下部的电磁铁（18）吸合，电磁铁的定位销（19）从挂钩（2）抽出，无人机下投探空仪由于重力的作用，尾部先离开无人机；

步骤5放无人机下投探空仪，无人机下投探空仪离开无人机后，降落伞（11）自动打开，下投探空仪由于重力的作用缓缓下落；

4.根据权利要求3所述的无人机下投探空仪的释放控制方法，其特征在于：所述步骤1，无人机下投探空仪通过其挂钩（2）挂在无人机机体或机翼下部的固定板（15）上，在固定板（15）的前端连有整流罩（16），无人机下投探空仪的前端插入固定板（15）上的整流罩（16），固定板的后端连有定位槽（14），挂钩（2）插入定位槽（17），固定板的中部下面连有电磁铁（15），所述电磁铁（15）与定位销（19）相连，定位销（19）挂住挂钩（2），所述定位槽（17）用于定位挂钩（2）和定位销（19），所述两个触点簧片（24）与无人机下投探空仪壳体上的触点（12）相接。

5.根据权利要求3所述的无人机下投探空仪的释放控制方法，其特征在于：所述两个触点簧片（24）并联在控制回路中。

6.根据权利要求3所述的无人机下投探空仪的释放控制方法，其特征在于：所述无人机下投探空仪的下落速度是8～10米/秒。