CN106019407A - 一种基于双余度遥控无人机的无线电探空系统 - Google Patents

一种基于双余度遥控无人机的无线电探空系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双余度遥控无人机的无线电探空系统，包括无人机、无线电探空仪和地面站，无人机带动无线电探空仪升空，无线电探空仪将采集到的数据传输至地面站进行处理。本发明无人机包括遥控接收机、遥控器、主控制器、从控制器、电子调速器、电机、遥控多旋翼无人机机体、螺旋桨、主GPS、从GPS，主控制器与从控制器通过数据总线相连接，正常工作时，主控制器控制遥控多旋翼无人机的飞行任务，当主控制器系统出现故障时，从控制器系统自动无缝接管对遥控多旋翼无人机的控制。

Description

一种基于双余度遥控无人机的无线电探空系统
技术领域
本发明涉及一种基于双余度遥控无人机的无线电探空系统，属于气象探测技术领域。
背景技术
大气边界层是人类活动和各项生态环境构成的主要层次，是地球表面和自由大气间动量、热量和物质属性交换必经的气层。国内外重大气象实验大都把大气边界层研究作为核心的科学内容之一,其探测的气象要素一般包括气温、湿度、气压、风速、风向等。
大气边界层探测可依托现有的高空气象站开展。高空气象站是气象部门设在陆地或海上实施高空气象观测的场所，其主要任务是定时施放携带无线电探空仪的探空气球探测高空气象要素值，并将获取的资料按世界气象组织规定的统一格式整理、编报，通过通信系统传输给有关部门。高空站设备和场地除施放的无线电探空仪外，主要有温、湿、压等气象要素的探空信号接收机和记录设备。有不少高空气象站还采用测风雷达系统追踪气球的方式来进行风速和风向的探测。由于高空气象站站点较少，站间距较大，其数据仅能代表一定范围内的边界层特征，往往无法满足科学研究的实际需求；同时无线电探空仪探空仪上升速度高达6~7m/s，以保证传感器的通风要求，导致无法对大气边界层进行高分辨率探测。
若研究区域距离高空气象站站点较远，则往往通过系留探空系统开展大气边界层探测。系留探空系统组成主要包括气艇、系留绳、绞车、探空仪以及地面接收系统等，其中气艇体积一般超过6立方米、绞车重量达60千克。为保证系留探空系统的安全，要求风速较大或有降水事件发时停止观测。因此，在系留探空系统开展大气边界层探测时，可能因气象条件不符合要求而导致数据缺测；同时气艇、绞车等也需转移至库房等安全区域，对野外观测场地提出苛刻的要求，也造成人力的大量浪费。
近年来，随着无人机的应用市场越来越大，不论是专业级无人机和玩家级无人机，安全问题，都是围绕在无人机生产厂商和用户之间最重要的问题，而其中最大的问题则是无人机的飞行控制系统发生问题，导致无人机瞬间信号丢失，出现坠机现象；所以在解决无人机的控制系统稳定问题将是至关重要且必须解决的问题。当前市场上的无人机多采用一个控制器的形式，所以在飞行中，只要这个控制器失灵，无人机将会失去控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于双余度遥控无人机的无线电探空系统，用于开展全天候的高分辨率大气边界层探测，在确保探测数据的完整性的同时，还可有效减少人力的支出，是现有大气边界层探测常用手段的可行性替代方案。本发明采用双余度飞行控制系统，在正常情况下，主控制器进行工作，从控制器储存所有主控制器信息，在主控制器失灵时，从控制器可以无缝衔接主控制器工作；当用户觉得双控制器麻烦时，可以单独安装主控制器进行工作。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提供一种基于双余度遥控无人机的无线电探空系统，包括无人机、无线电探空仪和地面站，其中，无人机包括遥控接收机、遥控器、主控制器、从控制器、电子调速器、电机、遥控多旋翼无人机机体、螺旋桨、主GPS、从GPS，主控制器与从控制器通过数据总线相连接，正常工作时，主控制器控制遥控多旋翼无人机的飞行任务，当主控制器系统出现故障时，从控制器系统自动无缝接管对遥控多旋翼无人机的控制；无线电探空仪包括供电的电源模块、微型处理器、气压传感器、温度传感器、湿度传感器、卫星定位导航传感器、无线数传模块；无线电探空仪设置在无人机内；地面站包括存储模块、地面无线数传模块，其中，地面无线数传模块分别与机载无线数传模块、无线数传模块进行无线通讯；用户通过遥控器控制无人机升空后，无线电探空仪中各传感器采集到的数据通过第二无线数传模块传输至地面站；地面无线数传模块将接收到的数据传输至存储模块进行存储，以供工作人员调用。
作为本发明的进一步优化方案，所述主控制器输出PWM 方波信号至所述电子调速器以控制所述电子调速器动作。
作为本发明的进一步优化方案，所述主控制器与遥控多旋翼无人机的任务载荷连接以控制任务载荷动作。
作为本发明的进一步优化方案，所述主控制器与遥控多旋翼无人机的遥控接收机连接。
作为本发明的进一步优化方案，还包括与连接的显示模块。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明的技术方案可开展全天候的高分辨率大气边界层探测，在确保探测数据的完整性的同时，还可有效减少人力的支出。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明提供一种基于双余度遥控无人机的无线电探空系统，包括无人机、无线电探空仪和地面站，其中，无人机包括遥控接收机、遥控器、主控制器、从控制器、电子调速器、电机、遥控多旋翼无人机机体、螺旋桨、主GPS、从GPS，主控制器与从控制器通过数据总线相连接，正常工作时，主控制器控制遥控多旋翼无人机的飞行任务，当主控制器系统出现故障时，从控制器系统自动无缝接管对遥控多旋翼无人机的控制；无线电探空仪包括供电的电源模块、微型处理器、气压传感器、温度传感器、湿度传感器、卫星定位导航传感器、无线数传模块；无线电探空仪设置在无人机内；地面站包括存储模块、地面无线数传模块，其中，地面无线数传模块分别与机载无线数传模块、无线数传模块进行无线通讯；用户通过遥控器控制无人机升空后，无线电探空仪中各传感器采集到的数据通过第二无线数传模块传输至地面站；地面无线数传模块将接收到的数据传输至存储模块进行存储，以供工作人员调用。
本发明中，主控制器与遥控接收机相连，遥控器直接对主控制器进行控制；主控制器与从控制器之间通过数据总线连接，正常情况下，只有主控制器进行工作，从控制器同时存储主控制器的所有飞行信息，当主控制器发生故障时，从控制器可以无缝衔接，从而加强无人机飞行过程中的安全保障；主控制器通过PWM 方波对电子调速器进行控制，电子调速器控制电机转动，电机带动旋翼旋转，从而控制飞机的飞行姿态。
本发明中，气压计采用由MEAS 推出的新一代高分辨率气压传感器MS5611，该传感器用来测量多旋翼飞行器绝对飞行高度。该模块包含了一个高线性度的压力传感器和一个超低功耗的24 位模数转换器，提供了一个精确的24 位数字压力值和温度值以及不同的操作模式，可以提高转换速度并优化电流消耗。高分辨率的温度输出无须额外传感器可实现高度计/ 温度计功能。工作温度范围：-40-85℃，精确度：在飞行高度750m 时，偏差-1.5m ～ +1.5m。
本发明一种基于双余度遥控无人机的无线电探空系统，其具体工作流程如下：根据实际需求，控制遥控无人机升空；无线电探空仪将所在高度的气象要素采集后，通过无线数据传送的方式把数据发至地面站；地面站通过地面无线数传模块接收，并发送至数据存储模块，实现气象要素数据的存储。当无线电探空仪上升至指定高度后，地面站结束数据的处理工作，工作人员对接收到的数据进行整理与分析，并根据要求制作大气边界层高度、逆温层、风场特性以及温、湿廓线等探测报告产品。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于双余度遥控无人机的无线电探空系统，其特征在于，包括无人机、无线电探空仪和地面站，其中，
无人机包括遥控接收机、遥控器、主控制器、从控制器、电子调速器、电机、遥控多旋翼无人机机体、螺旋桨、主GPS、从GPS，主控制器与从控制器通过数据总线相连接，正常工作时，主控制器控制遥控多旋翼无人机的飞行任务，当主控制器系统出现故障时，从控制器系统自动无缝接管对遥控多旋翼无人机的控制；
无线电探空仪包括供电的电源模块、微型处理器、气压传感器、温度传感器、湿度传感器、卫星定位导航传感器、无线数传模块；无线电探空仪设置在无人机内；
地面站包括存储模块、地面无线数传模块，其中，地面无线数传模块分别与机载无线数传模块、无线数传模块进行无线通讯；
用户通过遥控器控制无人机升空后，无线电探空仪中各传感器采集到的数据通过第二无线数传模块传输至地面站；地面无线数传模块将接收到的数据传输至存储模块进行存储，以供工作人员调用。
2.根据权利要求1所述的一种基于双余度遥控无人机的无线电探空系统，其特征在于，所述主控制器输出PWM 方波信号至所述电子调速器以控制所述电子调速器动作。
3.根据权利要求1所述的一种基于双余度遥控无人机的无线电探空系统，其特征在于，：所述主控制器与遥控多旋翼无人机的任务载荷连接以控制任务载荷动作。
4.根据权利要求1所述的一种基于双余度遥控无人机的无线电探空系统，其特征在于，：所述主控制器与遥控多旋翼无人机的遥控接收机连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于双余度遥控无人机的无线电探空系统，其特征在于，还包括与连接的显示模块。
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