CN110927744B - 直升机光学大气数据系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种直升机光学大气数据系统，旨在提供一种抗干扰能力强，精度和可靠性高、综合探测解算能力较强的大气数据系统，本发明通过下述技术方案实现：基于激光多普勒测风雷达探测原理，传感器组件向受感器组件发射激光，受感器组件利用多镜头将激光发射到大气中，同时接收与大气相互作用后携带光轴空速信息的散射激光信号，并将散射激光信号发送回传感器组件进行处理，传感器组件解算光轴空速并进一步得到直升机的空速信息，包括三维空速、攻角和侧滑角；同时，静压传感器测量得到大气静压信号，静温传感器测量得到大气静温信号；传感器组件对上述得到的空速信息、大气静压信息和大气静温信息进行数据融合，直接解算并输出完整的直升机三轴大气数据信号。

Description

直升机光学大气数据系统

技术领域

本发明涉及一种用于直升机的光学大气数据系统。

背景技术

大气数据系统到目前的整个发展过程，经历了集中式大气数据系统(CADS)、分布式大气数据系统(DADS)、嵌入式大气数据系统(FADS)、光学大气数据系统(OADS)以及虚拟大气数据系统(VADS)五个阶段。集中式大气数据系统的重点标志是外置在飞机外的空速管、攻角/侧滑角传感器，其核心为中央大气数据计算机(简称中央大气机)，而其基本的机载传感器通过与机身周围空气直接接触，为大气数据系统提供外界气流的温度、气压、自由来流的方向(即攻角和侧滑角)等信息，相关数据信息经过大气机解算、补偿和修正后，得到其他飞行控制参数(包括真空速、指示空速、马赫数等)并进一步整合输出相关信号显示，同时系统将此类大气参数通过输出装置提供给其它机载系统。装在机头侧翼的空速管集中式大气数据系统测量大气信息时，外置空速管感知的外界大气压力不能直接导入中央大气机进行解算，需要通过一段较长的压力传输导管，该结构特点导致了两个明显的测量缺陷：第一，较长的压力传输装置占据了一定的空间资源，并且需要另外安装除冰供热装置，防止气候严寒时空速管出现结冰现象导致失效；第二，在高机动飞行时存在严重的气动延迟现象，大气信息的滞后性比较严重；此外，所有的大气参数均传输到中央大气机里解算，对大气机的性能和可靠性提出非常高的要求。现有的机载风速测量方法通常是利用飞行器地速、真空速和风速存在的速度矢量关系进行矢量相减得到的。然而，当大气数据系统信息不准确或大气数据系统不可用时，机载系统往往不能得到准确的风场信息，风场信息反而是重构大气数据系统的重要基础。传统大气数据系统以皮托管测量大气的静压和总压为基本原理，结合温度、攻角等传感器感受飞行器飞行时的大气总温、大气静压、局部攻角等信息，经过源误差修正后按标准大气数据方程解算出气压高度、指示空速、马赫数、大气密度比、大气总温、真实攻角等参数，向飞行器的航空电子系统、飞控系统以及发动机控制系统等输出大气参数。传统大气数据系统存在低速时测量精度低、安装位置要求高、校正维护成本高、大机动测量性能差等缺陷，这些不足点已逐步不能满足现在或下一代飞行器的应用要求。类似于固定翼飞机的大气数据系统，利用空速管感受直升机飞行过程中的总压、静压，并结合攻角传感器、侧滑角传感器及静温传感器实现总压、静压、攻角、侧滑角及静温的直接测量，然后利用大气数据计算机中固定的解算与校正方法，完成大气数据的结算与修正，这种大气数据系统存在以下问题：1)空速管、攻角传感器及侧滑角传感器需要安装在受机身扰动小，气流稳定的位置，存在测量的大气参数与真实值之间的误差大的缺点；2)空速管、攻角传感器及侧滑角传感器存在加工误差和安装误差，压力、角度测量值与理想值之间存在偏差；3)躲避雷达波隐身、红外隐身、激光隐身和影像隐身的特性差，主要依靠其外形达到隐身性能难度大；4)输出的速度参数中只有横向真空速，没有纵向真空速和垂直真空速。传统直升机大气数据系统使用空速管、矢量传感器等沉浸式传感器，测量对象是直升机周围的环境气流，其工作原理是测量相对空速造成的动压改变。然而即便是环境气流，传统直升机大气数据系统也难以做到稳定测量。直升机依靠旋翼转动产生升力，强大的下气流风压会直接推开环境气流，这导致直升机飞行速度稍低，空速测量精度就急剧下降，而空速稍大时，环境气流会与下气流形成角力，造成机身附近压力的剧烈波动，这导致测量结果出现跳变。直升机进行大机动动作时，下气流会形成屏障，使得环境气流不能迅速作用到受感器，这导致测量结果出现滞后。此外，在超低空飞行时，地面效应将与下气流产生协同影响，产生更加显著的干扰效应。传统大气数据系统的工作原理决定了其无法在直升机进行海上、山区、丘陵地带超低空飞行、悬停时提供气象预警，这为直升机带来了安全隐患。而且大气温度的不确定性会对大气压力探测带来随机误差和系统偏差,因此传统的三轴大气数据系统在低速时无法保证大气参数测量精度。这些问题都是由于直升机飞行原理和大气机测量原理相冲突造成的，对现有大气数据系统进行的任何改进都难以从根本上解决。并且随着新机型的快速发展，传统大气数据系统渐渐已无法满足未来飞机对速度、高度、过载、敏捷性和长航时等的新要求。因此，相关各方迫切需要一种能够克服下气流影响，能够帮助直升机准确测量空速，并提供复杂气象预警的新原理大气数据系统。

跟随大气数据系统技术发展趋势，光学大气数据系统以激光测量技术为基础，突破了传统大气数据系统被动探测的技术原理缺陷，具有测量范围宽、各种姿态下测量精度高、构型简单、受大气环境影响小、隐身性能好、抗干扰能力强、可靠性高等优点。光学大气数据系统以激光气溶胶散射和多普勒频移为基本原理，结合温度、压力传感器可解算出飞行器相对空速、大气总温和大气静压，进而解算出其他大气参数值，具有测量精度高、系统结构简单、安装方便、校正维护成本低、能进行大机动测量等优点。直升机的光学大气数据系统是以激光遥感空速测量结合静压传感器和静温传感器的方式实现直升机大气数据探测的设备。相比传统的直升机三轴大气数据技术手段，直升机的光学大气数据系统具有遥感定点测量、测速范围大、实时性好、可进行低空速测量、精度高、抗干扰能力强、集成度高等显著优势。直升机的光学大气数据系统的主要优势在于激光遥感空速测量，主要是基于相干探测体制的激光多普勒测风雷达，以激光多普勒效应和气溶胶粒子米散射效应为基本原理，其工作原理为：通过多个天线出射激光，激光在大气中与气溶胶粒子发生米散射作用，散射光由于多普勒效应会产生正比于直升机空速的多普勒频移，散射光被天线接收后通过相干混频方式解调出多普勒频移量，从而解算出光轴空速，通过对光轴空速的进一步合成分解可获得直升机飞行的三轴空速、真空速、校准空速、攻角及侧滑角参数，同时再结合静压传感器和静温传感器，即可综合解算直升机飞行所需的整套大气数据。

发明内容

本发明的任务是针对传统直升机三轴大气数据技术的不足之处，提供一种抗干扰能力强、精度高、可靠性高、综合探测解算能力较强的直升机光学大气数据系统。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到。一种直升机光学大气数据系统，包括：受感器组件、静压传感器和静温传感器以及传感器组件，其特征在于：基于相干探测体制的激光多普勒测风雷达原理，传感器组件向受感器组件发射激光，受感器组件将激光发射到大气中，并接收与大气气溶胶粒子发生米散射后携带多普勒频移的散射信号，受感器组件利用多个镜头将散射信号转换为光轴空速散射激光信号，并通过激光传输链路将光轴空速散射激光信号发送回传感器组件，传感器组件对散射激光信号进行处理，解算光轴空速到直升机三维空速、攻角和侧滑角，计算受感器组件激光遥感的空速数据，得到空速信息；同时，静压传感器根据传感器组件发出的静压控制信号测量大气静压，传感器组件接收静压传感器测量得到的大气静压信号；静温传感器根据传感器组件提供的静温控制信号测量大气静温，传感器组件接收静温传感器测量得到的大气静温信号；传感器组件对上述得到的空速信息、大气静压信息和大气静温信息进行数据融合，直接解算并输出完整的直升机三轴大气数据信号。

本发明相比于现有的直升机三轴大气数据系统具有如下有益效果：

1、抗干扰能力强。本发明主要基于激光多普勒测风雷达，激光探测本身具有抗干扰能力强，穿透能力强，稳定性高等特点。

2、精度高。本发明基于相干探测体制的激光多普勒测风雷达，发射激光，并接收与大气气溶胶粒子发生米散射后携带多普勒频移的散射回波信号，散射激光信号经过处理后得到光轴空速并进一步解算到直升机三维空速、攻角和侧滑角，解算精度高，分辨率高。

3、可靠性高。本发明采用全光纤器件的受感器组件和传感器组件，利用激光传输链路发送信号损耗小，且无可动部件传输信号，可靠性高。

4、综合探测解算能力较强。本发明利用激光进行信号的探测和传输，完全避免了直升机自身旋翼气流对系统的影响，可实现直升机全速范围内的空速探测。本发明直接通过多维空速的解算获得真空速、攻角和侧滑角，并进一步综合静压和静温数据可实现直升机三轴空速、真空速、校准空速、攻角、侧滑角、气压高度、升降速度和大气静温等全方位综合大气数据的解算，综合探测解算能力较强。并且利用三个甚至多个镜头实现光轴空速到直升机三维空速、攻角和侧滑角的整体解算，无需在直升机上额外安装攻角传感器和侧滑角传感器，方便使用，节约成本。

5、本发明采用精确的光学设计和精密的机械安装，并且通过光学窗口和镜头实现空间光的发射和接收，保证了激光发射和接收的耦合效率。

6、本发明集成相干探测体制的激光多普勒测风雷达、静压传感器和静温传感器，实现了直升机三轴空速、真空速、校准空速、攻角、侧滑角、气压高度、升降速度和大气静温等全方位综合大气数据的解算，整套系统集成度高，功能齐全，结构简单，方便直升机机载条件使用。

7、轴向矢量风速解算方便快捷。本发明利用后端对光信号的双平衡探测处理，可直接获得光轴空速的大小和方向，轴向矢量风速解算方便快捷。

8、遥感、探测范围广。本发明通过激光遥感探测，避免了直升机自身旋翼气流对空速探测的影响。而后端的A/D模块与FPGA模块可实现高精度的解算空速，空速探测范围几乎可覆盖直升机的低速到高速的全速范围，且空速解算的准确率和分辨率高。

附图说明

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

图1是本发明直升机光学大气数据系统的原理示意图。

图2是图1受感器组件的原理示意图。

图3是图1传感器组件的原理示意图。

图4是本发明大气数据解算示意图。

图5是图4平衡探测模块的原理示意图。

图6是图4 A/D模块与FPGA模块的原理示意图。

图7是光轴速度第1频谱信号曲线示意图。

图8是光轴速度第2频谱信号曲线示意图。

图9是光轴速度第3频谱信号曲线示意图。

图中：1散射信号，2发射激光，3受感器组件，4光轴空速散射激光信号，5发射激光，6静压传感器，7大气静压，8静压控制信号，9静温传感器，10静温控制信号，11大气静温，12传感器组件,13大气数据，121远程接口单元，122激光器模块，123近端光纤模块，124平衡探测模块，125A/D模块，126FPGA模块，1241可调衰减器，1242第一分束器，1243第二分束器，1244移相器，1245第一2x2耦合器，1246第二2x2耦合器，1247第一平衡探测器，1248第二平衡探测器，1251第一A/D通道，1252第二A/D通道，12601复数组合模块，12602低通滤波器，12603降采样模块，12604第一FFT模块，12605第二FFT模块，12606第三FFT模块，12607第四FFT模块，12608复数乘法模块，12609第1积分模块，126104第2积分模块，12611第3积分模块，12612光轴速度第1频谱信号曲线，12613光轴速度第2频谱信号曲线，12614光轴速度第3频谱信号曲线，12615同步模块，127嵌入式计算机模块，131真空速，132校准空速，133攻角，134侧滑角，135气压高度，136升降速度，137大气静温，31光学窗口，32光纤扫描部件，321第1镜头，322第2镜头，323第3镜头，324光开关模块，33远端光纤模块。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的一种直升机光学大气数据系统的一个最佳实施例中，直升机光学大气数据系统，包括：受感器组件3、静压传感器6和静温传感器9以及传感器组件12，其特征在于：基于相干探测体制的激光多普勒测风雷达原理，传感器组件12向受感器组件3发射激光5，受感器组件3将激光2发射到大气中，并接收与大气气溶胶粒子发生米散射后携带多普勒频移的散射信号1，受感器组件3利用多个镜头将散射信号1转换为光轴空速散射激光信号4，并通过激光传输链路发送回传感器组件12，对散射激光信号进行处理，解算光轴空速到直升机三维空速、攻角和侧滑角，计算受感器组件3激光遥感的空速数据，得到空速信息；同时，静压传感器6根据传感器组件12发出的静压控制信号8测量大气静压7，传感器组件12接收静压传感器6测量得到的大气静压信号；静温传感器9根据传感器组件12提供的静温控制信号10测量大气静温11、传感器组件12接收静温传感器9测量得到的大气静温信号；传感器组件12对上述得到的空速信息、大气静压信息和大气静温信息进行数据融合，直接解算并输出完整的直升机三轴大气数据信号。

受感器组件3和传感器组件12之间由光缆连接，静压传感器6和传感器组件12之间由电缆连接，静温传感器9和传感器组件12之间由电缆连接。光学大气数据系统使用激光遥感的原理测量空速，使用压力解算原理测量大气压力和高度，使用温度测量原理测量大气温度，将测量得到的大气数据通过总线输出到直升机。

参阅图2、图3，在可选的实施例中，受感器组件3是一个发射-接收共光路的光学系统。受感器组件包括：连接光学窗口31的光纤扫描部件32，光纤扫描部件32串联的远端光纤模块33，远端光学模块33接收传感器组件12发出的激光，并将激光发送给光学扫描部件32。光学扫描部件32内置连接远端光纤模块33的光开关模块324，光开关模块324分头连接第1镜头321、第2镜头322和第3镜头323，按照预先设计好的控制程序，经过指定的时间进行一次光路切换，将激光依次发送到第1镜头321、第2镜头322和第3镜头323。第1镜头321、第2镜头322和第3镜头323将出射激光分别聚焦到光学窗口31，通过光学窗口31发射到空间中不同的方向，实现对不同方向上的测量。本实施例之所以采用三个镜头，是因为实现三维空速测量至少需要一组正交矢量以实现速度反演。在实际应用中，可以使用更多的镜头以实现余度测量，抵消如直升机螺旋桨等对激光束的干扰影响。第1镜头321、第2镜头322和第3镜头323出射激光的光轴在受感器组件的光学窗口31上汇聚为一点，这样可以仅使用一个直径较小的光学窗口便可实现在飞机机身上透射激光的功能，从而为直升机光学大气数据系统的遥感探测激光发射及散射激光回波信号接收提供必要的空间路径。

在受感器组件3中，激光受光开关模块324控制依次通过第1镜头321、第2镜头322和第3镜头323测量空间中不同方向上的轴向空速，在一个控制周期内，三个镜头依次测量得到的一组轴向空速信号组成的光轴空速矩阵。在嵌入式计算机127中，光轴空速通过以下三轴空速V_XYZ公式V_XYZ＝M.V₁₂₃计算得到以直升机机体坐标系XYZ定义的三轴空速,其中，V₁₂₃是光轴空速,V_XYZ是三轴空速，M是由光轴空速到三轴空速的传递矩阵。

嵌入式计算机127在完成三轴空速的解算同时，从远程接口单元121接收本控制周期内静压传感器6测量得到的大气静压信号7以及静温传感器测量9得到的大气静温信号10，并且将三轴空速转换为真空速131、攻角133和侧滑角134,将大气静压7转换为气压高度135，从气压高度135的变化中解算出升降速度136。完成所有解算后，嵌入式计算机127将真空速131、校准空速132、攻角133、侧滑角134、气压高度135、升降速度136、大气静温137等大气数据信号13通过总线输出到直升机。对于低精度等级的应用，真空速131可以直接等效于校准空速132，在精度要求高的场合则需要进行进一步的修正。

参阅图4。传感器组件12包括：连接静压传感器6和静温传感器9的远程接口单元121，连接受感器组件3和激光器模块122的近端光纤模块123，近端光纤模块123顺次通过平衡探测模块124串联A/D模块125、FPGA模块126和嵌入式计算机模块127，同时嵌入式计算机模块127还与远程接口单元121相连。远程接口单元121接收静压传感器6测量得到的大气静压信号7，同时接收静温传感器9测量得到的大气静温信号10，将大气静压信号6和大气静温信号9进行解码后发送给嵌入式计算机127。

激光器模块122发射的激光被近端光纤模块123接收后分为两部分，其中一部分作为本振光信号直接发送给平衡探测模块124，另一部分作为出射光信号通过光缆发送给受感器组件3；受感器组件3返回的光轴空速散射激光信号4被近端光纤模块123接收后发送给平衡探测模块124，平衡探测模块124对本振光信号和散射光信号进行处理，生成两路相位差为90度的携带多普勒频移的射频信号，射频信号被A/D模块125转化为以数字量表示的时域信号。FPGA模块126接收数字时域信号并将其转化为频域信号，发送给嵌入式计算机127对频域信号进行解算，得到空速信号。嵌入式计算机127对空速信号、大气静压信号与大气静温信号进行数据融合，解算得到完整的直升机三轴大气数据信号，并将直升机三轴大气数据信号转化为直升机要求的总线格式，发送到直升机总线。

参阅图5。平衡探测模块124包括：通过连接在可调衰减器1241之后的第一分束器1242和第二分束器1243输出端顺次串联的第一2x2耦合器1245和第一平衡探测器1247，以及通过连接在第一分束器1242之后的移相器1244和第二分束器1243输出端顺次串联的第二2x2耦合器1246和第二平衡探测器1248。本振光信号和散射光信号被同时送入平衡探测模块124，并且平衡探测模块124对送入的本振光信号强度进行实时调节，使本振光信号的强度与送入的散射光信号强度相同。第一分束器1242将本振光按50：50的比例均分为本振分束光1和本振分束光2，第二分束器1243将散射光按50：50的比例均分为散射分束光1和散射分束光2。本振光分束光1和散射分束光1在第一2x2耦合器1245中混频，生成带有多普勒频移的拍频信号1，本振光分束光2通过移相器1244使得其相位滞后90度后，与散射分束光2在第二2x2耦合器1246中混频，生成带有多普勒频移的拍频信号2。拍频信号2的相位比拍频信号1滞后90度，第一平衡探测器1247将拍频信号1由光信号转变为电信号，生成射频信号1，第二平衡探测器1248将拍频信号2由光信号转变为电信号，生成射频信号2。射频信号1和射频信号2携带了相同的多普勒频移，但是射频信号2的相位比射频信号1滞后90度。

参阅图6。A/D模块125与FPGA模块126布置于同一块印制电路板上，以最大程度的减小电气干扰。A/D模块125包含时钟同步的第一A/D通道1251和第二A/D通道1252，射频信号1、射频信号2分别通过第一A/D通道1251和第二A/D通道1252转化为时钟同步的时域信号1、时域信号2，时域信号2的相位比时域信号1滞后90度。

FPGA模块126内置同时连接上述A/D模块125两条A/D通道的复数组合模块12601、第一FFT模块12604和第二FFT模块12605，第一FFT模块12604和第二FFT模块12605共端通过复数乘法模块12608串联第1积分模块12609；复数组合模块12601分两路，一路通过第三FFT模块12606串联第2积分模块12610，另一路通过低通滤波器12602顺次串联降采样模块12603、第四FFT模块12607、第3积分模块12611，第1积分模块12609、第2积分模块12610和第3积分模块12611共端相连后连接同步模块12615。以上模块均是使用VHDL语言或Verilog语言编译的数字逻辑运算模块，运行在FPGA模块126中的同一块FPGA芯片上。

时域信号1通过第一FFT模块12604转化为复数形式的频域信号1，时域信号2通过第二FFT模块12605转化为复数形式的频域信号2，频域信号1和频域信号2通过复数乘法模块12608求哈达马积后，单独提取计算结果的虚部，虚部经过第1积分模块12609积分后得到光轴速度第1频谱信号曲线12612。

时域信号1与时域信号2通过复数乘法模块12601组合为以时域信号1为实部，以时域信号2为虚部的复数信号1，复数信号1分为两路，一路通过第三FFT模块12606转化为周期图形式的频域信号3，经过第2积分模块12610积分后得到光轴速度第2频谱信号曲线12613；另一路通过低通滤波器12602将高于1/4带宽的频率分量滤波后衰减至少20dB，输入降采样模块12603，将衰减后的复数信号1按照每连续4个数据取1个数据的方法将采样率降低，得到复数信号2；该复数信号2通过第四FFT模块12607转化为周期图形式的频域信号4，经过第3积分模块12611积分后得到光轴速度第3频谱信号曲线12614。

低通滤波器12602和降采样模块12603的作用是在第四FFT模块12604的设置不改变，即FFT点数不变的情况下，通过送入降低带宽的信号，实现更高的分辨率。在本实施例中，低通滤波器12602的截止频率设置为1/4带宽，降采样模块12603设置为每连续4个数据取1个数据。这样即可以实现对整个频谱带宽的前1/4处提高到4倍的分辨率。在实际应用中，可以通过实时调整低通滤波器12602和降采样模块12603的设置，实现其他的分辨率，比如低通滤波器12602的截止频率设置为1/3带宽，降采样模块12603设置为每连续3个数据取1个数据。这样即可以实现对整个频谱带宽的前1/3处提高到3倍的分辨率。

由于FPGA模块127内部三个通道的运算速度不一样，因此相同的时域信号1、时域信号2所对应的光轴速度第1频谱信号曲线12612、光轴速度第2频谱信号曲线12613、光轴速度第3频谱信号曲线12614不能在同一时间内计算完成。光轴速度第1频谱信号曲线12612、光轴速度第2频谱信号曲线12613、光轴速度第3频谱信号曲线12614分别输入同步模块后在时序上同步，并组合成输出帧。

参阅图7。光轴速度第1频谱信号曲线12612的特点是信噪比极高，通过该曲线可以迅速找出特征频率点。在本实施例中，频谱横坐标已经换算为速度坐标。信号位置位于中心频率0速度的左边约-2m/s处，表示此时的多普勒信号特征值大约在-2m/s左右。

参阅图8。光轴速度第2频谱信号曲线12613是传统的频域周期图，依据图7找出的特征频率点可以在该频域周期图中进行进一步分析。在本实施例中，频谱横坐标已经换算为速度坐标，-2m/s处的特征频率信号强度约5dB，表明该信号是轴向空速信号。

参阅图9。光轴速度第3频谱信号曲线12614是经过降采样后的频域周期图，在本实施例中，频谱横坐标已经换算为速度坐标，其速度范围是图7的1/4，由于FFT点数相同，因此图9的速度分辨率是图8的4倍，可以精确读出轴向空速为-1.75m/s。

以上所述为本发明较佳实施例，应该注意的是上述实施例对本发明进行说明，然而本发明并不局限于此，并且本领域技术人员在脱离所附权利要求的范围情况下可设计出替换实施例。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种直升机光学大气数据系统，包括：受感器组件(3)、静压传感器(6)和静温传感器(9)以及传感器组件(12)，其特征在于：基于相干探测体制的激光多普勒测风雷达原理，传感器组件(12)向受感器组件(3)发射激光(5)，受感器组件(3)将激光(2)发射到大气中，并接收与大气气溶胶粒子发生米散射后携带多普勒频移的散射信号(1)，散射信号(1)利用受感器组件(3)的多个镜头转换为光轴空速散射激光信号(4)，并通过激光传输链路发送回传感器组件(12)，传感器组件(12)对光轴空速散射激光信号进行处理，计算受感器组件(3)激光遥感的空速数据，并解算光轴空速到直升机三维空速、攻角和侧滑角，得到直升机空速信息；同时，静压传感器(6)根据传感器组件(12)发出的静压控制信号(8)测量大气静压(7)，传感器组件(12)接收静压传感器(6)测量得到的大气静压信号；静温传感器(9)根据传感器组件(12)提供的静温控制信号(10)测量大气静温(11)，传感器组件(12)接收静温传感器(9)测量得到的大气静温信号；传感器组件(12)对上述得到的空速信息、大气静压信息和大气静温信息进行数据融合，直接解算并输出完整的直升机三轴大气数据信号；

受感器组件(3)是一个发射-接收共光路的光学系统，它包括：连接光学窗口(31)的光纤扫描部件(32)，光纤扫描部件(32)串联的远端光纤模块(33)，远端光学模块(33)接收传感器组件(12)发出的激光，并将激光发送给光学扫描部件(32)；

光学扫描部件(32)内置连接远端光纤模块(33)的光开关模块(324)，光开关模块(324)分头连接第1镜头(321)、第2镜头(322)和第3镜头(323)，按照预先设计好的控制程序，经过指定的时间进行一次光路切换，将激光依次发送到第1镜头(321)、第2镜头(322)和第3镜头(323)；第1镜头(321)、第2镜头(322)和第3镜头(323)将出射激光分别聚焦到光学窗口(31)，并通过光学窗口(31)将激光发射到空间中不同的方向，实现对不同方向上的测量；其中，第1镜头(321)、第2镜头(322)和第3镜头(323)出射激光的光轴在受感器组件的光学窗口(31)上汇聚为一点，实现利用较小口径的光学窗口在飞机机身上透射激光的功能，为遥感探测激光发射及散射激光回波信号接收提供必要的空间路径。

2.如权利要求1所述的直升机光学大气数据系统，其特征在于：受感器组件(3)和传感器组件(12)之间由光缆连接，静压传感器(6)和传感器组件(12)之间由电缆连接，静温传感器(9)和传感器组件(12)之间由电缆连接；光学大气数据系统使用激光遥感的原理测量空速，使用压力解算原理测量大气压力和高度，使用温度测量原理测量大气温度，将测量得到的大气数据通过总线输出到直升机。

3.如权利要求1所述的直升机光学大气数据系统，其特征在于：在受感器组件(3)中，激光受光开关模块(324)控制依次通过第1镜头(321)、第2镜头(322)和第3镜头(323)测量空间中不同方向上的轴向空速，在一个控制周期内，三个镜头依次测量得到一组轴向空速信号组成的光轴空速矩阵；在嵌入式计算机(127)中，光轴空速通过以下三轴空速V XYZ公式VXYZ＝M.V 123计算得到以直升机机体坐标系XYZ定义的三轴空速,其中，V 123是光轴空速,V XYZ是三轴空速，M是由光轴空速到三轴空速的传递矩阵。

4.如权利要求3所述的直升机光学大气数据系统，其特征在于：嵌入式计算机(127)在完成三轴空速解算的同时，从远程接口单元(121)接收本控制周期内静压传感器(6)测量得到的大气静压信号(7)，静温传感器测量(9)得到的大气静温信号(10)，并且将三轴空速转换为真空速(131)、攻角(133)和侧滑角(134)，将大气静压(7)转换为气压高度(135)，从气压高度(135)的变化中解算出升降速度(136)，完成所有解算后，嵌入式计算机(127)将真空速(131)、校准空速(132)、攻角(133)、侧滑角(134)、气压高度(135)、升降速度(136)、大气静温(137)等大气数据信号(13)通过总线输出到直升机。

5.如权利要求1所述的直升机光学大气数据系统，其特征在于：传感器组件(12)包括：连接静压传感器(6)和静温传感器(9)的远程接口单元(121)，连接受感器组件(3)和激光器模块(122)的近端光纤模块(123)，近端光纤模块(123)顺次通过平衡探测模块(124)串联A/D模块(125)、FPGA模块(126)和嵌入式计算机模块(127)，同时嵌入式计算机模块(127)还与远程接口单元(121)相连，远程接口单元(121)接收静压传感器(6)测量得到的大气静压信号(7)，同时接收静温传感器(9)测量得到的大气静温信号(10)，将大气静压信号(6)和大气静温信号(9)进行解码后发送给嵌入式计算机(127)。

6.如权利要求5所述的直升机光学大气数据系统，其特征在于：平衡探测模块(124)包括：通过连接在可调衰减器(1241)之后的第一分束器(1242)和第二分束器(1243)输出端顺次串联的第一2x2耦合器(1245)和第一平衡探测器(1247)，以及通过连接在第一分束器(1242)之后的移相器(1244)和第二分束器(1243)输出端顺次串联的第二2x2耦合器(1246)和第二平衡探测器(1248)。

7.如权利要求6所述的直升机光学大气数据系统，其特征在于：平衡探测模块(124)对送入的本振光信号强度进行实时调节，使本振光信号的强度与送入的散射光信号强度相同，第一分束器(1242)将本振光按50：50的比例均分为本振分束光1和本振分束光2，第二分束器(1243)将散射光按50：50的比例均分为散射分束光1和散射分束光2；本振光分束光1和散射分束光1在第一2x2耦合器(1245)中混频，生成带有多普勒频移的拍频信号1，本振光分束光2通过移相器(1244)使得其相位滞后90度后，与散射分束光2在第二2x2耦合器(1246)中混频，生成带有多普勒频移的拍频信号2，并且拍频信号2的相位比拍频信号1滞后90度。

8.如权利要求7所述的直升机光学大气数据系统，其特征在于：第一平衡探测器(1247)将拍频信号1由光信号转变为电信号，生成射频信号1，第二平衡探测器(1248)将拍频信号2由光信号转变为电信号，生成射频信号2，射频信号1和射频信号2携带了相同的多普勒频移，但射频信号2的相位比射频信号1滞后90度。

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