CN111596085A - 激光感测装置和测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光感测装置和测量方法。激光感测装置包括至少一个固定的底座；角度调节机构；至少一组探头以及角度计算模块。每一组探头被构造为能够在角度调节机构的带动下相对于底座旋转以使得激光束发射方向能够和飞行器的真空速方向一致；角度计算模块计算出每一组探头需要旋转的角度，以使这一组的探头旋转角度之后的激光束发射方向与飞行器真空速方向一致、从而得出真空速。根据本发明，角度计算模块能够基于传统大气中的特定参数而计算出探头所应旋转的角度，以使探头旋转之后能够到达最佳探测角度，其发射的激光束的方向能够和飞行器真空速方向相一致，从而能够提高检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及航空飞行器领域，具体涉及一种激光感测装置和测量方法。
背景技术
现有的航空飞行器领域，在确定航空器和风的相对速度时，通常基于多普勒频移的激光雷达将激光束引导到待测量的中间介质中，直接探测被反射的激光的辐射并且研究激光波长的多普勒频移，以此来确定飞机风的相对速度。现有方法的一个显著问题是，随着飞机真空速与激光束发射方向的变化，返回的散射信号的强度很容易变化相差两三个数量级，同时信噪比发生相应的变化，速度测量的准确性不稳定。
因此，需要提供一种激光感测装置和测量方法，以至少部分地解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种激光感测装置和测量方法。根据本发明所给出的方案，角度计算模块能够基于传统大气中的特定参数而计算出探头所应旋转的角度，以使探头旋转之后能够到达最佳探测角度，其发射的激光束的方向能够和飞行器真空速方向相一致，从而能够提高检测精度。
根据本发明的一个方面，提供了一种激光感测装置，用于感测飞行状态下所述飞行器的真空速，所述激光感测装置包括：
至少一个固定的底座；
安装在所述底座上并能够相对于所述底座旋转的角度调节机构；
至少一组探头，所述每一组探头安装在一个对应的所述底座上，每一组探头包括发射激光束的激光发射器和接收激光反射的接收器；以及
角度计算模块，所述角度计算模块被配置为能够基于传统大气系统的输出攻角和侧滑角计算出为了使所述每一组探头的激光束发射方向与飞行器真空速方向保持一致而需要旋转的角度；
其中，所述每一组探头被构造为能够根据所述角度计算模块的计算结果并经由所述角度调节机构相对于所述底座旋转，以使得所述激光束发射方向能够和所述飞行器的真空速方向一致，
并且，所述感测装置还包括真空速计算模块，所述真空速计算模块被配置为基于所述飞行器在所述探头所发的激光束的方向上的速度计算得到所述飞行器的真空速。
在一种实施方式中，每一组所述探头包括三个所述激光发射器，所述三个激光发射器构造为其各自的发出的激光在空间正交。
在一种实施方式中，所述角度调节机构包括设置在所述底座上的转台，所述探头安装在所述转台上。
在一种实施方式中，所述激光感测装置还包括校验模块，所述校验模块被配置为校验所述角度调节机构旋转之后所述探头的激光发射方向和飞行器真空速方向是否一致。
在一种实施方式中，所述激光感测装置还包括与所述角度计算模块和角度调节机构通信地连接的超控模块，所述超控模块被配置为用于被机组人员超控从而对所述角度计算模块和所述角度调节模块进行超控。
根据本发明的另一方面，提供了一种基于上述方案中任意一项所述的激光感测装置的测量方法，所述方法包括如下步骤：
确定传统大气系统输出攻角和侧滑角；
根据传统大气输出攻角和侧滑角利用角度计算模块计算出为使得探头与飞行器的真空速方向保持一致而需要旋转的角度；
将角度计算模块的计算结果发送至角度调节机构；
角度调节机构致动旋转以带动所述探头旋转所需的角度；以及
激光发射器发射激光；
通过真空速计算模块推导出所述飞行器在所发射激光方向上的矢量速度从而计算得到真空速。
在一种实施方式中，每一组探头包括三个彼此正交的激光发射器，且所述方法包括根据多普勒频移计算所述飞行器在特定组的三个激光发射器所发激光方向上的速度，合成真空速矢量。
在一种实施方式中，测量方法还包括如下步骤：检测所述角度调节机构旋转之后所述探头的激光发射方向和飞行器真空速方向是否一致，若检测结果为否，则重新返回所述角度计算模块的计算步骤。
在一种实施方式中，所述激光感测装置还包括与所述角度计算模块和角度调节机构通信地连接的超控模块，且所述测量方法还包括如下步骤：所述超控模块被机组人员超控从而对所述角度计算模块和所述角度调节模块进行超控。
根据本发明所给出的方案，角度计算模块能够基于传统大气中的特定参数而计算出探头所应旋转的角度，以使探头旋转之后能够到达最佳探测角度，其发射的激光束的方向能够和飞行器真空速方向相一致，从而能够提高检测精度。
附图说明
为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。
图1为根据本发明的一个优选实施方式的测量方法的流程示意图。
具体实施方式
现在参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。
本发明提供了一种激光感测装置和测量方法，以用于感测飞行状态下的飞行器和其所处环境中的风的相对速度。
其中，激光感测装置包括至少一个固定的底座、角度调节机构、至少一组探头以及角度计算模块和真空速计算模块。每一组探头均安装在一个对应的底座上，且每一组探头包括发射激光束的激光发射器和接收激光反射的接收器，且每一组探头被构造为能够在角度调节机构的带动下相对于底座旋转以使激光束的发射方向和飞行器的真空速方向一致。
并且，所述角度计算模块被配置为能够基于传统大气系统的输出攻角和侧滑角计算出所述每一组探头需要旋转的角度，以使这一组的所述探头旋转所述角度之后的激光束发射方向与飞行器真空速方向一致。
优选地，每一组所述探头包括三个所述激光发射器，所述三个激光发射器构造为其各自的发出的激光在空间正交。由于正交的三个方向的计算模型符合最简单的空间计算模型，将三个激光发射器设置为在空间中正交能够方便后续真空速计算模块的计算。
同样优选地，所述角度调节机构包括设置在所述底座上的转台，转台可以被伺服机构控制，所述探头安装在所述转台上。
并且，所述激光感测装置还包括校验模块，所述校验模块被配置为校验所述角度调节机构旋转之后所述探头的激光发射方向和飞行器真空速方向是否一致。设置校验模块能够提升最终结果的精确度，并使得系统自带了纠错逻辑，避免了人工干预而可能造成的流程上的繁冗。
同时，所述激光感测装置还包括与所述角度计算模块和角度调节机构通信地连接的超控模块，所述超控模块被配置为用于被机组人员超控从而对所述角度计算模块和所述角度调节模块进行超控。对操作者给出超控选项，能够在设备出现故障或失控的情况让操作者也能够干预调节。
图1示出了基于上述激光感测装置而实现的测量方法。
参考图1，测量方法可以包括如下步骤：使用例如传感器的测量装置确定传统大气系统的输出攻角和侧滑角；通过角度计算模块根据传统大气输出攻角和侧滑角计算探头需要旋转的角度，以使所述探头旋转所述角度之后其方向与飞行器真空速方向一致；角度计算模块将计算结果发送至角度调节机构；角度调节机构带动所述探头旋转所需的角度；通过真空速计算模块计算正交的三个激光发射器所发激光束的相对速度，从而计算得到真空速。
具体地，例如由传统大气系统计算出攻角α和侧滑角β，角度计算模块基于α、β以及当前探头所处的角度位置计算出探头所需旋转的空间角(γ，θ)。之后，角度计算模块将计算结果输入伺服系统，伺服系统控制转台带动探头转动，此时主激光探头沿真空速方向。在该角度下，测量飞行器的三个方向的多普勒频移，从而推导出飞行器在一组探头中的三个激光发射器所发激光的方向上的矢量速度(V1，V2，V3)，并根据该矢量速度、三个激光探头的角度，计算出飞机的真空速。
优选地，测量方法还包括如下步骤：检测所述角度调节机构旋转之后所述探头的激光发射方向和飞行器真空速方向是否一致，若检测结果为否，则重新返回所述角度计算模块的计算步骤。
设置检测步骤能够提升最终结果的精确度，并使得系统自带了纠错逻辑，避免了人工干预而可能造成的流程上的繁冗。
同样优选地，所述激光感测装置还包括与所述角度计算模块和角度调节机构通信地连接的超控模块，且所述测量方法还包括如下步骤：所述超控模块被机组人员超控从而对所述角度计算模块和所述角度调节模块进行超控。对操作者给出超控选项，能够在设备出现故障或失控的情况让操作者也能够干预调节。
根据本发明所给出的方案，角度计算模块能够基于传统大气中的特定参数而计算出探头所应旋转的角度，以使探头旋转之后能够到达最佳探测角度，其发射的激光束的方向能够和飞行器真空速方向相一致，从而能够提高检测精度。
本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上所述，以上教导的领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种激光感测装置，用于感测飞行状态下所述飞行器的真空速，所述激光感测装置包括：
至少一个固定的底座；
安装在所述底座上并能够相对于所述底座旋转的角度调节机构；
至少一组探头，所述每一组探头安装在一个对应的所述底座上，每一组探头包括发射激光束的激光发射器和接收激光反射的接收器；以及
角度计算模块，所述角度计算模块被配置为能够基于传统大气系统的输出攻角和侧滑角计算出为了使所述每一组探头的激光束发射方向与飞行器真空速方向保持一致而需要旋转的角度；
其中，所述每一组探头被构造为能够根据所述角度计算模块的计算结果并经由所述角度调节机构相对于所述底座旋转，以使得所述激光束发射方向能够和所述飞行器的真空速方向一致，
并且，所述感测装置还包括真空速计算模块，所述真空速计算模块被配置为基于所述飞行器在所述探头所发的激光束的方向上的速度计算得到所述飞行器的真空速。
2.根据权利要求1所述的激光感测装置，其特征在于，每一组所述探头包括三个所述激光发射器，所述三个激光发射器被构造为能够使得其各自发出的激光在空间上正交。
3.根据权利要求1所述的激光感测装置，其特征在于，所述角度调节机构包括设置在所述底座上的转台，所述探头安装在所述转台上。
4.根据权利要求1所述的激光感测装置，其特征在于，所述激光感测装置还包括校验模块，所述校验模块被配置为能够校验所述角度调节机构旋转之后所述探头的激光发射方向和飞行器真空速方向是否保持一致。
5.根据权利要求1所述的激光感测装置，其特征在于，所述激光感测装置还包括与所述角度计算模块和角度调节机构通信地连接的超控模块，所述超控模块被配置为能够被机组人员操作从而对所述角度计算模块和所述角度调节模块进行超控。
6.一种基于权利要求1-5中任意一项所述的激光感测装置探测飞行中的飞行器相对于环境大气的相对速度的测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
确定传统大气系统输出攻角和侧滑角；
根据传统大气输出攻角和侧滑角利用角度计算模块计算出为使得探头与飞行器的真空速方向保持一致而需要旋转的角度；
将角度计算模块的计算结果发送至角度调节机构；
角度调节机构致动旋转以带动所述探头旋转所需的角度；以及
激光发射器发射激光；
通过真空速计算模块推导出所述飞行器在所发射激光方向上的矢量速度从而计算得到真空速。
7.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，每一组探头包括三个发射方向彼此正交的激光发射器，而且所述方法包括根据多普勒频移计算所述飞行器在特定组的三个激光发射器所发出激光方向上的速度，合成真空速矢量。
8.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：检测所述角度调节机构旋转之后所述探头的激光发射方向和飞行器真空速方向是否一致，若检测结果为否，则重新返回利用所述角度计算模块的计算步骤。
9.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述激光感测装置还包括与所述角度计算模块和角度调节机构通信地连接的超控模块，而且所述方法还包括如下步骤：所述超控模块由机组人员操作，从而对所述角度计算模块和所述角度调节模块进行超控。
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