CN111717389A - 一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，包括：固定翼无人机、无人机控制单元、科学观测单元和地面控制站；科学观测单元包括移动通量观测系统、GNSS/INS组合定位定姿系统、辅助观测设备、供电电池以及机载控制计算机；移动通量观测系统包括机载5孔湍流探头、机载5孔湍流探头电子模块、快速温度传感器、开路式水汽及二氧化碳气体分析仪、气体分析仪电子机箱和慢响应高精度温度传感器。本发明通过在高性能固定翼无人机平台上集成移动动量观测系统、GNSS/INS组合定位定姿系统、辅助观测设备、供电电池及机载控制计算机，实现对大范围区域生态系统主要功能要素以及景观要素的同步观测。
Description
技术领域
本发明属于无人机观测技术领域，具体涉及一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统。
背景技术
生态系统功能的直接观测是进行生态环境研究、现状调查与评估的基本技术手段，同时也是生态学研究领域的核心科学问题之一。生态系统功能要素的观测主要是指：对陆地生态系统与大气之间的水、热、碳等标量的交换量的测量，对生态系统过程研究以及全球气候变化等领域的研究有着重要的意义。
传统对生态系统功能的观测是通过生态系统观测站点，对生态系统进行长期观测，进而揭示不同时期生态系统及环境要素的变化规律及其动因，但是，观测站点可覆盖的空间区域极为有限，很难获得区域性的生态系统水、热、碳、气等主要功能要素的准确信息。同时，在生态系统的观测研究中，由于基于观测站点的方法和基于遥感的方法在空间尺度上的不一致性，导致对区域性生态系统功能要素的直接观测及研究仍然非常困难。具体的，虽然采用遥感模型或陆面过程模式等方法可以获得大空间尺度的生态系统水、热、碳交换要素的定量信息，但是基于模型的方法通常是基于一定的假设条件发展而来，往往需要与其观测尺度一致的观测真值对其模拟结果进行验证或对模型参数进行调整，才可获得可靠的模拟结果。然而，由于地面生态系统观测站点与遥感方法在观测尺度上的不一致，极大地限制了区域性生态系统过程的研究和相关模型的发展。
因此，如何获得区域性的生态系统水、热、碳、气等主要功能要素的准确信息，并解决生态系统功能要素以及影像信息的同步获取的问题，进而为大区域范围生态系统调查及研究提供区域性的观测数据支撑，实现区域性生态系统的快速调查、研究及相关模型的开发，是目前急需解决的事情。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，包括：固定翼无人机、无人机控制单元、科学观测单元和地面控制站；
其中，所述科学观测单元包括移动通量观测系统、GNSS/INS组合定位定姿系统、辅助观测设备、供电电池以及机载控制计算机；所述移动通量观测系统、所述GNSS/INS组合定位定姿系统、所述辅助观测设备和所述供电电池，均连接到所述机载控制计算机，由所述机载控制计算机完成接入设备的信号转换、数据采集、数据同步、数据保存及通讯功能；所述移动通量观测系统、所述GNSS/INS组合定位定姿系统、所述辅助观测设备、所述供电电池以及所述机载控制计算机均安装于所述固定翼无人机的平面上面；所述供电电池和所述机载控制计算机安装固定于无人机的机舱内，所述供电电池为所述机载控制计算机供电；所述机载控制计算机用于向所述移动通量观测系统、所述GNSS/INS组合定位定姿系统及所述辅助观测设备供应电力；
其中，所述移动通量观测系统用于测量得到高频率的三维风速、风向、大气温度、水汽浓度和二氧化碳浓度；所述移动通量观测系统包括机载5孔湍流探头、机载5孔湍流探头电子模块、快速温度传感器、开路式水汽及二氧化碳气体分析仪、气体分析仪电子机箱和慢响应高精度温度传感器；
所述无人机控制单元包括无人机自动驾驶仪和数传电台；为保证所述固定翼无人机的飞行安全，所述无人机自动驾驶仪独立于所述科学观测单元；所述无人机自动驾驶仪与所述科学观测单元通信连接；所述无人机自动驾驶仪通过所述数传电台与所述地面控制站无线连接；其中，所述无人机自动驾驶仪控制所述固定翼无人机按照预先设计的飞行航线、飞行速度、飞行高程进行飞行观测，并将无人机飞行状态数据通过所述数传电台发送给所述地面控制站。
优选的，所述机载5孔湍流探头，用于测量高频率的通过机载5孔湍流探头的半球形表面的不受固定翼无人机机身影响的模拟信号形式的压强值；其中，所述压强值包括大气静压、全压和压差，并将模拟信号形式的所述压强值传输给所述机载5孔湍流探头电子模块；
所述快速温度传感器，用于测量高频率的模拟信号形式的大气温度脉动值，并将模拟信号形式的所述大气温度脉动值传输给所述机载5孔湍流探头电子模块；
所述机载5孔湍流探头电子模块，用于将模拟信号形式的所述压强值，转换为相对于所述机载5孔湍流探头的数字信号形式的三维风速、风向和大气温度，并传输给所述机载控制计算机；还用于将模拟信号形式的所述大气温度脉动值，转换为数字信号形式的所述大气温度脉动值，并将所述数字信号形式的所述大气温度脉动值传输给所述机载控制计算机；
所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪，用于测量大气中高频率的模拟信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度，并将模拟信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度传输给所述气体分析仪电子机箱；
所述慢响应高精度温度传感器，用于测量模拟信号形式的大气温度值，并将模拟信号形式的大气温度值传输给所述气体分析仪电子机箱；
所述气体分析仪电子机箱，用于将模拟信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度，转换为数字信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度，并传输给所述机载控制计算机；还用于将模拟信号形式的大气温度值，转换为数字信号形式的大气温度值，并传输给所述机载控制计算机。
优选的，所述GNSS/INS组合定位定姿系统为双天线GPS辅助惯性导航系统，包括双GPS天线及GNSS/INS模块，用于测量固定翼无人机的姿态信息；其中，所述姿态信息包括固定翼无人机在地球坐标系统下的实时姿态角、位置、瞬时对地速度以及角速度信息；然后，将所述固定翼无人机的姿态信息传输给所述机载控制计算机；
其中，所述双GPS天线安装于无人机上表面，并沿固定翼无人机的机身纵轴布设，所述双GPS天线包括主GPS天线和副GPS天线；其中，主GPS天线水平固定于机舱内部，副GPS天线水平固定于无人机尾部，主GPS天线到副GPS天线的基线长度为1.1m；所述GNSS/INS模块安装于固定翼无人机的机舱内，并位于固定翼无人机的重心处。
优选的，所述辅助观测设备用于为所述移动通量观测系统提供分析数据支持，同时也为所述固定翼无人机的飞行提供相对高程参考信息；所述辅助观测设备包括净辐射仪、光合有效辐射仪、红外测温仪和激光测高仪；
所述净辐射仪，用于测量天空向下投射于地表和由地表向上反射的全波段辐射量的辐射净差值；
所述光合有效辐射仪，用于测量太阳辐射中对植物光合作用有效的光谱范围的光合有效辐射量；
所述红外测温仪，用于测量地表温度；
所述激光测高仪，用于测量固定翼无人机的观测平台与地面之间的相对高度；
其中，所述净辐射仪和所述光合有效辐射仪输出为模拟信号，接入所述机载控制计算机的模拟输入端口，由机载控制计算机进行模拟信号向数字信号的转换，并由机载控制计算机进行数据保存。
优选的，所述净辐射仪安装于固定翼无人机左侧翼尖，由支撑杆固定，同时为避免机身反射辐射的影响，支撑杆长度需距固定翼无人机表面的距离为10cm；同时，在固定翼无人机右侧翼尖安装与净辐射仪形状和重量一致的配重物，保持固定翼无人机的配重平衡和气动性；
所述光合有效辐射仪，包括入射方向光合有效辐射单元和出射方向光合有效辐射单元；其中，所述入射方向光合有效辐射单元水平固定安装于固定翼无人机上表面，所述出射方向光合有效辐射单元水平固定安装于固定翼无人机下表面；
所述红外测温仪和所述激光测高仪均安装固定于固定翼无人机的机舱内，观测探头垂直向下，伸出固定翼无人机机身下方，并向下进行测量。
优选的，所述机载控制计算机具有内部编程功能和无线通信功能，包括存储模块、均值滤波模块、无线通信模块和模拟/数字信号转换模块；
所述机载5孔湍流探头电子模块得到的数字信号形式的三维风速、风向和大气温度、数字信号形式的大气温度脉动值，以及所述气体分析仪电子机箱得到的数字信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度、数字信号形式的大气温度值、所述激光测高仪得到的固定翼无人机的观测平台与地面之间的相对高度，均通过均值滤波模块进行均值滤波处理，获得1Hz数据流，并发送给无线通信模块，再通过无线链路发送给地面监控站进行实时监测；其中，激光测高仪测量得到的固定翼无人机的观测平台与地面之间的相对高度，同时发送给无人机自动驾驶仪，辅助无人机自动驾驶仪控制固定翼无人机按照恒定的相对高度进行飞行；其中，所述无人机自动驾驶仪同时通过无人机状态传感器获得无人机当前状态数据；所述无人机自动驾驶仪，通过伺服动作设备，对无人机机体进行控制；
所述净辐射仪和所述光合有效辐射仪输出的模拟信号，通过所述模拟/数字信号转换模块转换为数字信号后，通过所述存储模块存储；
所述机载控制计算机得到高频率的大气三维风速、气温、水汽浓度和二氧化碳浓度后，根据涡动相关方法原理，通过计算垂直风速脉动与气温、水汽浓度和二氧化碳浓度脉动的协方差，从而获得湍流通量，该湍流通量代表陆地生态系统与大气之间的水、热、碳通量交换量。
优选的，所述机载5孔湍流探头安装于固定翼无人机外表面机头的机鼻前方，通过固定在固定翼无人机机头处的管状连接件，实现与固定翼无人机机鼻的刚性连接；
其中，所述机载5孔湍流探头向前伸出43.3cm，测量不受固定翼无人机机身影响的高频率压强值；
所述机载5孔湍流探头电子模块安装于固定翼无人机的机舱内，用于接入所述机载5孔湍流探头的压强模拟信号和所述快速温度传感器的温度模拟信号，并将所接入的模拟信号转换为数字信号后，传输给所述机载控制计算机。
优选的，所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪水平安装于固定翼无人机的下表面机头的机鼻前方，通过环形固定件实现与固定翼无人机机身的刚性连接；为保持重量平衡，所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪沿固定翼无人机纵轴进行固定安装，所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪的头部平行于所述机载5孔湍流探头，并向外伸出；
所述气体分析仪电子机箱安装于固定翼无人机的机舱内，用于接入开路式水汽及二氧化碳气体分析仪和慢响应高精度温度传感器，并将开路式水汽及二氧化碳气体分析仪和慢响应高精度温度传感器观测的模拟信号转换为数字信号，并输出给机载控制计算机。
优选的，所述快速温度传感器为铂热电阻，安装于所述机载5孔湍流探头下方的整流罩内，用于测量不受其他热源影响的大气温度脉动值；
所述慢响应高精度温度传感器为热敏电阻，向下伸出固定翼无人机的下表面。
优选的，所述固定翼无人机的飞行速度在25-35m/s之间，转弯速度小于3°/s，廓线飞机爬升速度小于2m/s，最大飞行高度为2500m；
所述科学观测单元的数据采集频率不低于20Hz。
本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统具有以下优点：
本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，通过在高性能固定翼无人机平台上集成移动动量观测系统、GNSS/INS组合定位定姿系统、辅助观测设备、供电电池及机载控制计算机，实现对大范围区域生态系统主要功能要素以及景观要素的同步观测。
附图说明
图1为本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统的组成结构示意图；
图2为本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统的整体结构示意图；
图3为本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统的无人机机舱内部设备的第一层集成安装结构主视图；
图4为本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统的无人机机舱内部设备的第一层集成安装结构后视图；
图5为本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统的无人机机舱内部设备的第一层集成安装结构侧视图；
图6为本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统的无人机机舱内部设备的第二层集成安装结构主视图；
图7为本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统的无人机机舱内部设备的第二层集成安装结构后视图；
图8为本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统的无人机机舱内部设备的第二层集成安装结构侧视图；
图9为本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统的外观俯视图；
图10为本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统的外观仰视图；
其中：
1-机载5孔湍流探头；2-机载5孔湍流探头电子模块；3-开路式水汽及二氧化碳气体分析仪；4-气体分析仪电子机箱；5-快速温度传感器；6-慢响应高精度温度传感器；7-GNSS/INS模块；8-主GPS天线；9-辅GPS天线；10-机载控制计算机；11-净辐射仪；12-入射方向光合有效辐射单元；13-出射方向光合有效辐射单元；14-激光测高仪；15-红外测温仪；16-与净辐射仪对应的配重物。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，是一种以固定翼无人机作为观测平台的新型生态系统观测技术，具有观测精度高、覆盖空间范围大、成本低以及机动灵活等优点，可同步实现对光学影像和生态系统功能要素的直接观测。具体的，本申请通过在无人机上集成涡动相关观测设备，可以实现对区域性生态系统水、热、碳通量交换量的直接观测。因此，以高性能、高荷载无人机作为观测平台，通过集成移动通量观测设备、传统光学观测相机以及辐射观测等设备，实现对生态系统功能要素以及影像信息的同步获取，能够为大区域范围生态系统调查及研究提供区域性的观测数据支撑，并且对生态系统水、热、碳通量交换量的观测尺度与影像覆盖的空间尺度一致，能够为区域性生态系统的快速调查、研究及相关模型的开发提供难能可贵的区域观测真值，对相关学科的发展具有重要意义。
具体的，本发明通过在固定翼无人机上集成移动通量观测系统、GNSS/INS组合定位定姿系统、辅助观测设备及机载控制计算机，从而实现对区域尺度生态系统功能及现状的快速观测，为区域生态系统调查、评估及过程研究提供观测数据支撑。其中，所述移动通量观测系统由机载5孔湍流探头、开路式水汽及二氧化碳气体分析仪、气体分析仪控制箱、快速温度传感器组成；所述GNSS/INS组合定位定姿系统为双天线GPS辅助惯性导航系统；所述辅助观测设备包括净辐射仪、光合有效辐射仪、红外测温仪、激光测高仪。所有观测设备均接入所述机载控制计算机，由机载控制计算机负责整个观测系统的控制以及模拟/数字信号转换、数据采集、数据同步、数据保存及通讯等功能。该多功能生态环境调查无人机观测系统能够对陆地生态系统与大气之间的水、热、碳通量交换要素、辐射要素以及气温、气压、湿度及风速等气象要素进行同步观测，具有观测覆盖范围大、成本低、可扩展性强、观测内容多样等优点。
参考图1，本发明提供的多功能生态环境调查研究无人机观测系统，包括：固定翼无人机、无人机控制单元、科学观测单元和地面控制站。
下面对各部分详细介绍：
(一)科学观测单元
所述科学观测单元的数据采集频率不低于20Hz。科学观测单元包括移动通量观测系统、GNSS/INS组合定位定姿系统、辅助观测设备、供电电池以及机载控制计算机；
所述移动通量观测系统、所述GNSS/INS组合定位定姿系统、所述辅助观测设备和所述供电电池，均连接到所述机载控制计算机，由所述机载控制计算机完成接入设备的信号转换、数据采集、数据同步、数据保存及通讯功能；
参考图2，多功能生态环境调查研究无人机观测系统的科学观测单元的所有设备均集成安装于固定翼无人机上。即：所述移动通量观测系统、所述GNSS/INS组合定位定姿系统、所述辅助观测设备、所述供电电池以及所述机载控制计算机均安装于所述固定翼无人机的平面上面；所述供电电池和所述机载控制计算机安装固定于无人机的机舱内，所述供电电池为所述机载控制计算机供电；所述机载控制计算机用于向所述移动通量观测系统、所述GNSS/INS组合定位定姿系统及所述辅助观测设备供应电力；
(1.1)移动通量观测系统
所述移动通量观测系统用于测量得到高频率的三维风速、风向、大气温度、水汽浓度和二氧化碳浓度；具体的，移动通量观测系统根据涡动相关方法原理，通过测量高频率的大气三维风速、气温、水汽浓度和二氧化碳浓度，通过计算垂直风速脉动与气温、水汽浓度和二氧化碳浓度脉动的协方差，获得湍流输送量(湍流通量)代表陆地生态系统与大气之间的水、热、碳通量交换量。
所述移动通量观测系统包括机载5孔湍流探头、机载5孔湍流探头电子模块、快速温度传感器、开路式水汽及二氧化碳气体分析仪、气体分析仪电子机箱和慢响应高精度温度传感器；
所述机载5孔湍流探头，用于测量高频率的通过机载5孔湍流探头的半球形表面的不受固定翼无人机机身影响的模拟信号形式的压强值；其中，所述压强值包括大气静压、全压和压差，并将模拟信号形式的所述压强值传输给所述机载5孔湍流探头电子模块；
所述快速温度传感器，为铂热电阻，用于测量高频率的模拟信号形式的大气温度脉动值，并将模拟信号形式的所述大气温度脉动值传输给所述机载5孔湍流探头电子模块；
所述机载5孔湍流探头电子模块，用于将模拟信号形式的所述压强值，转换为相对于所述机载5孔湍流探头的数字信号形式的三维风速、风向和大气温度，并传输给所述机载控制计算机；还用于将模拟信号形式的所述大气温度脉动值，转换为数字信号形式的所述大气温度脉动值，并将所述数字信号形式的所述大气温度脉动值传输给所述机载控制计算机；
所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪，用于测量大气中高频率的模拟信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度，并将模拟信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度传输给所述气体分析仪电子机箱；
所述慢响应高精度温度传感器，可采用热敏电阻实现，用于测量模拟信号形式的大气温度值，并将模拟信号形式的大气温度值传输给所述气体分析仪电子机箱；
所述气体分析仪电子机箱，用于将模拟信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度，转换为数字信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度，并传输给所述机载控制计算机；还用于将模拟信号形式的大气温度值，转换为数字信号形式的大气温度值，并传输给所述机载控制计算机。
移动通量观测系统包含的各部件的安装方式为：
所述机载5孔湍流探头安装于固定翼无人机外表面机头的机鼻前方，通过固定在固定翼无人机机头处的管状连接件，实现与固定翼无人机机鼻的刚性连接；其中，所述机载5孔湍流探头向前伸出43.3cm，测量不受固定翼无人机机身影响的高频率压强值；
所述机载5孔湍流探头电子模块安装于固定翼无人机的机舱内，用于接入所述机载5孔湍流探头的压强模拟信号和所述快速温度传感器的温度模拟信号，并将所接入的模拟信号转换为数字信号后，传输给所述机载控制计算机。
所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪水平安装于固定翼无人机的下表面机头的机鼻前方，通过环形固定件实现与固定翼无人机机身的刚性连接；为保持重量平衡，所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪沿固定翼无人机纵轴进行固定安装，所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪的头部平行于所述机载5孔湍流探头，并向外伸出；保证测量数据不受无人机机身影响。
所述气体分析仪电子机箱安装于固定翼无人机的机舱内，用于接入开路式水汽及二氧化碳气体分析仪和慢响应高精度温度传感器，并将开路式水汽及二氧化碳气体分析仪和慢响应高精度温度传感器观测的模拟信号转换为数字信号，并输出给机载控制计算机。
所述快速温度传感器为铂热电阻，安装于所述机载5孔湍流探头下方的整流罩内，用于测量不受其他热源影响的大气温度脉动值；
所述慢响应高精度温度传感器为热敏电阻，向下伸出固定翼无人机的下表面。
(1.2)GNSS/INS组合定位定姿系统
所述GNSS/INS组合定位定姿系统为双天线GPS辅助惯性导航系统，包括双GPS天线及GNSS/INS模块，用于测量固定翼无人机的姿态信息；其中，所述姿态信息包括固定翼无人机在地球坐标系统下的实时姿态角、位置、瞬时对地速度以及角速度信息；然后，将所述固定翼无人机的姿态信息传输给所述机载控制计算机；
其中，所述双GPS天线安装于无人机上表面，并沿固定翼无人机的机身纵轴布设，所述双GPS天线包括主GPS天线和副GPS天线；其中，主GPS天线水平固定于机舱内部，副GPS天线水平固定于无人机尾部，主GPS天线到副GPS天线的基线长度为1.1m；所述GNSS/INS模块安装于固定翼无人机的机舱内，并位于固定翼无人机的重心处。
(1.3)辅助观测设备
所述辅助观测设备用于为所述移动通量观测系统提供分析数据支持，同时也为所述固定翼无人机的飞行提供相对高程参考信息；所述辅助观测设备包括净辐射仪、光合有效辐射仪、红外测温仪和激光测高仪；
所述净辐射仪，用于测量天空向下投射于地表和由地表向上反射的全波段辐射量的辐射净差值；
所述光合有效辐射仪，用于测量太阳辐射中对植物光合作用有效的光谱范围的光合有效辐射量；
所述红外测温仪，用于测量地表温度；
所述激光测高仪，用于测量固定翼无人机的观测平台与地面之间的相对高度；
其中，所述净辐射仪和所述光合有效辐射仪输出为模拟信号，接入所述机载控制计算机的模拟输入端口，由机载控制计算机进行模拟信号向数字信号的转换，并由机载控制计算机进行数据保存。
实际应用中，所述净辐射仪安装于固定翼无人机左侧翼尖，由支撑杆固定，同时为避免机身反射辐射的影响，支撑杆长度需距固定翼无人机表面的距离为10cm；同时，在固定翼无人机右侧翼尖安装与净辐射仪形状和重量一致的配重物，保持固定翼无人机的配重平衡和气动性，实现气动外形的平衡。
所述光合有效辐射仪，包括入射方向光合有效辐射单元和出射方向光合有效辐射单元；其中，所述入射方向光合有效辐射单元水平固定安装于固定翼无人机上表面，所述出射方向光合有效辐射单元水平固定安装于固定翼无人机下表面；
所述红外测温仪和所述激光测高仪均安装固定于固定翼无人机的机舱内，观测探头垂直向下，伸出固定翼无人机机身下方，并向下进行测量。
(1.4)机载控制计算机
所述机载控制计算机具有内部编程功能和无线通信功能，包括存储模块、均值滤波模块、无线通信模块和模拟/数字信号转换模块；
所述机载5孔湍流探头电子模块得到的数字信号形式的三维风速、风向和大气温度、数字信号形式的大气温度脉动值，以及所述气体分析仪电子机箱得到的数字信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度、数字信号形式的大气温度值、所述激光测高仪得到的固定翼无人机的观测平台与地面之间的相对高度，均通过均值滤波模块进行均值滤波处理，获得1Hz数据流，并发送给无线通信模块，再通过无线链路发送给地面监控站进行实时监测；其中，激光测高仪测量得到的固定翼无人机的观测平台与地面之间的相对高度，同时发送给无人机自动驾驶仪，辅助无人机自动驾驶仪控制固定翼无人机按照恒定的相对高度进行飞行；其中，所述无人机自动驾驶仪同时通过无人机状态传感器获得无人机当前状态数据；所述无人机自动驾驶仪，通过伺服动作设备，对无人机机体进行控制；
所述机载控制计算机还可以将机载5孔湍流探头测量的相对机载5孔湍流探头坐标系下的三维风速转化为地球坐标系下的三维风速。
所述净辐射仪和所述光合有效辐射仪输出的模拟信号，通过所述模拟/数字信号转换模块转换为数字信号后，通过所述存储模块存储；
所述机载控制计算机得到高频率的大气三维风速、气温、水汽浓度和二氧化碳浓度后，通过计算垂直风速脉动与气温、水汽浓度和二氧化碳浓度脉动的协方差，从而获得湍流通量，该湍流通量代表陆地生态系统与大气之间的水、热、碳通量交换量。
由此可见，机载控制计算机可同时接入数字信号和模拟信号。所接入数字信号的观测设备包括机载5孔湍流探头电子模块、气体分析仪电子机箱、GNSS/INS模块、激光测高仪和红外测温仪；所接入模拟信号的观测设备为净辐射仪和光合有效辐射仪。
(二)无人机控制单元
所述无人机控制单元包括无人机自动驾驶仪和数传电台；为保证所述固定翼无人机的飞行安全，所述无人机自动驾驶仪独立于所述科学观测单元；所述无人机自动驾驶仪与所述科学观测单元通信连接；所述无人机自动驾驶仪通过所述数传电台与所述地面控制站无线连接；其中，所述无人机自动驾驶仪控制所述固定翼无人机按照预先设计的飞行航线、飞行速度、飞行高程进行飞行观测，并将无人机飞行状态数据通过所述数传电台发送给所述地面控制站。
具体的，参考图1，无人机自动驾驶仪负责控制固定翼无人机的自动驾驶，无人机状态传感器实施感应无人机的飞行状态，通过无人机自动驾驶仪的分析和处理后给出控制信息，控制无人机的伺服设备，完成无人机的自动起飞、自动飞行观测以及自动降落等操作。
(三)固定翼无人机
固定翼无人机的飞行速度在25-35m/s之间，转弯速度小于3°/s，廓线飞机爬升速度小于2m/s，最大飞行高度为2500m；
(四)地面控制站
地面控制站包括观测系统监控单元和无人机地面控制站；其中，无人机地面控制站通过无线传输方式与无人机控制单元的数传电台连接；观测系统监控单元通过无线传输方式与科学观测单元的无线通信模块连接。
下面介绍一种具体实施例：
如图3、图4和图5所示，为本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统的无人机机舱内部设备的第一层集成安装结构的主视、后视及侧视图。其中：
第一层集成安装结构位于固定翼无人机机舱内的最底层，由固定板对气体分析仪电子机箱、激光测高仪和红外测温仪进行安装，并与无人机的机身固定；
具体的，气体分析仪电子机箱安装于固定板的正面；激光测高仪和红外测温仪安装于固定板反面，激光测高仪和红外测温仪的观测方向向下，垂直伸出固定翼无人机机舱下表面向下观测；
第一层集成安装结构与第二层集成安装结构的固定板通过支撑杆进行连接和固定。
如图6、图7和图8所示，为本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统的无人机机舱内部设备的第二层集成安装结构的主视、后视及侧视图。其中：
所述第二层集成安装结构位于固定翼无人机机舱内第一层结构的上方，由固定板对GNSS/INS模块、机载5孔湍流探头电子模块、机载控制计算机以及主GPS天线进行固定安装，第二层固定板与第一层固定板通过支撑杆进行连接；
所述GNSS/INS模块安装于第二层固定板的正面中心轴线处，位置与固定翼无人机的重心一致，x轴方向与无人机纵轴一致，指向机头方向，y轴指向右侧，z轴垂直向下；
所述机载控制计算机横向安装于第二层固定板正面，同时为有效利用无人机机舱内部空间，将所述机载5孔湍流探头电子模块安装于第二层固定板的反面；
所述主GPS天线由支撑杆水平固定，处于第二层固定板正面的最高处，防止对GPS信号的遮挡，主GPS天线相位中心的垂直投影位于无人机机身的纵轴；
如图9所示，为本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统的外观俯视图。其中：
所述机载5孔湍流探头安装于固定翼无人机机鼻处，通过固定在无人机机头处的管状连接件实现与无人机机鼻的刚性连接，机载5孔湍流探头向前伸出43.3cm，从而保证所测量的相对三维风速不受无人机机身的扰动；
所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪水平安装于固定翼无人机的下表面，通过环形固定件实现与无人机机身的刚性连接。为保持重量平衡，开路式水汽及二氧化碳气体分析仪沿无人机纵轴方向进行固定安装，分析仪头部平行于机载5孔湍流探头向外伸出；
所述净辐射仪水平安装于固定翼无人机左侧翼尖，由支撑杆固定，同时为避免机身反射辐射的影响，支撑杆长度距无人机表面的距离为10cm。同时在固定翼无人机右侧翼尖安装与净辐射仪形状和重量一致的配重物，保持无人机的配重平衡和气动性；
入射方向光合有效辐射单元水平固定安装于机身上表面后部与双侧机翼的连接处，向上观测，避免机身遮挡对观测的影响；
所述副GPS天线水平固定安装于无人机机身尾仓的上表面，副GPS天线相位中心的垂直投影位于无人机机身的纵轴线上，主GPS天线与副GPS天线的基线长度为1.1m。
如图10所示，为本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统的外观仰视图。其中：
所述快速温度传感器，即铂热电阻，安装于机载5孔湍流探头下方的整流罩内；
出射方向光合有效辐射单元水平固定安装于机身下表面，向下观测；
所述慢响应高精度温度传感器，即热敏电阻的探头部分向下伸出固定翼无人机的下表面；
所述激光测高仪和红外测温仪的观测探头向下伸出固定翼无人机的下表面进行观测。
在本实施例中，多功能生态环境调查研究无人机观测系统的科学观测单元所涉及的所有观测设备的数据采集频率不低于20Hz，所述固定翼无人机的飞行速度在25-35m/s之间，转弯速度应小于3°/s，廓线飞机爬升速度应小于2m/s，最大飞行高度为2500m。本发明能够满足绝大部分生态系统观测任务需求，能够对区域性生态系统水、热、碳通量交换量进行直接观测，具有观测成本低、可拓展性强、观测灵活便携等优点，适用于对大范围空间区域的生态系统功能及现状调查、生态过程研究、生态环境保护以及大气过程研究等多个方面，为生态环境研究和保护提供重要的数据支撑。
因此，本发明提供的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，通过在高性能固定翼无人机平台上集成移动动量观测系统、GNSS/INS组合定位定姿系统、辅助观测设备、供电电池及机载控制计算机，实现对大范围区域生态系统主要功能要素以及景观要素的同步观测。具有以下优点：
(1)不同类型的科学观测仪器高度集成，分工明确并与无人机自动驾驶系统相互独立并相互配合，一方面保证了观测数据获取的同步性，另一方面也极大的保证了飞行的安全性；
(2)能够同时获得生态系统水、热、碳通量交换量数据、辐射数据、地表温度数据并可扩展获得地表高分辨率影像数据，观测内容多样，一次飞行同时获取多项数据，极大的提高了作业效率；
(3)具有较好的可扩展性，固定翼无人机下部开设的观测窗口可适用于多种类型的观测设备，例如高光谱相机、多光谱相机、激光扫描仪等，可自由更换观测设备，满足多种不同的野外观测需求；
(4)观测覆盖的空间区域大，能够对区域尺度的陆地生态系统与大气之间的水、热、碳通量交换量进行直接观测；
(5)观测成本低，并具有良好的便携性和灵活性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，其特征在于，包括：固定翼无人机、无人机控制单元、科学观测单元和地面控制站；
其中，所述科学观测单元包括移动通量观测系统、GNSS/INS组合定位定姿系统、辅助观测设备、供电电池以及机载控制计算机；所述移动通量观测系统、所述GNSS/INS组合定位定姿系统、所述辅助观测设备和所述供电电池，均连接到所述机载控制计算机，由所述机载控制计算机完成接入设备的信号转换、数据采集、数据同步、数据保存及通讯功能；所述移动通量观测系统、所述GNSS/INS组合定位定姿系统、所述辅助观测设备、所述供电电池以及所述机载控制计算机均安装于所述固定翼无人机的平面上面；所述供电电池和所述机载控制计算机安装固定于无人机的机舱内，所述供电电池为所述机载控制计算机供电；所述机载控制计算机用于向所述移动通量观测系统、所述GNSS/INS组合定位定姿系统及所述辅助观测设备供应电力；
其中，所述移动通量观测系统用于测量得到高频率的三维风速、风向、大气温度、水汽浓度和二氧化碳浓度；所述移动通量观测系统包括机载5孔湍流探头、机载5孔湍流探头电子模块、快速温度传感器、开路式水汽及二氧化碳气体分析仪、气体分析仪电子机箱和慢响应高精度温度传感器；
所述无人机控制单元包括无人机自动驾驶仪和数传电台；为保证所述固定翼无人机的飞行安全，所述无人机自动驾驶仪独立于所述科学观测单元；所述无人机自动驾驶仪与所述科学观测单元通信连接；所述无人机自动驾驶仪通过所述数传电台与所述地面控制站无线连接；其中，所述无人机自动驾驶仪控制所述固定翼无人机按照预先设计的飞行航线、飞行速度、飞行高程进行飞行观测，并将无人机飞行状态数据通过所述数传电台发送给所述地面控制站。
2.根据权利要求1所述的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，其特征在于，所述机载5孔湍流探头，用于测量高频率的通过机载5孔湍流探头的半球形表面的不受固定翼无人机机身影响的模拟信号形式的压强值；其中，所述压强值包括大气静压、全压和压差，并将模拟信号形式的所述压强值传输给所述机载5孔湍流探头电子模块；
所述快速温度传感器，用于测量高频率的模拟信号形式的大气温度脉动值，并将模拟信号形式的所述大气温度脉动值传输给所述机载5孔湍流探头电子模块；
所述机载5孔湍流探头电子模块，用于将模拟信号形式的所述压强值，转换为相对于所述机载5孔湍流探头的数字信号形式的三维风速、风向和大气温度，并传输给所述机载控制计算机；还用于将模拟信号形式的所述大气温度脉动值，转换为数字信号形式的所述大气温度脉动值，并将所述数字信号形式的所述大气温度脉动值传输给所述机载控制计算机；
所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪，用于测量大气中高频率的模拟信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度，并将模拟信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度传输给所述气体分析仪电子机箱；
所述慢响应高精度温度传感器，用于测量模拟信号形式的大气温度值，并将模拟信号形式的大气温度值传输给所述气体分析仪电子机箱；
所述气体分析仪电子机箱，用于将模拟信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度，转换为数字信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度，并传输给所述机载控制计算机；还用于将模拟信号形式的大气温度值，转换为数字信号形式的大气温度值，并传输给所述机载控制计算机。
3.根据权利要求1所述的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，其特征在于，所述GNSS/INS组合定位定姿系统为双天线GPS辅助惯性导航系统，包括双GPS天线及GNSS/INS模块，用于测量固定翼无人机的姿态信息；其中，所述姿态信息包括固定翼无人机在地球坐标系统下的实时姿态角、位置、瞬时对地速度以及角速度信息；然后，将所述固定翼无人机的姿态信息传输给所述机载控制计算机；
其中，所述双GPS天线安装于无人机上表面，并沿固定翼无人机的机身纵轴布设，所述双GPS天线包括主GPS天线和副GPS天线；其中，主GPS天线水平固定于机舱内部，副GPS天线水平固定于无人机尾部，主GPS天线到副GPS天线的基线长度为1.1m；所述GNSS/INS模块安装于固定翼无人机的机舱内，并位于固定翼无人机的重心处。
4.根据权利要求1所述的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，其特征在于，所述辅助观测设备用于为所述移动通量观测系统提供分析数据支持，同时也为所述固定翼无人机的飞行提供相对高程参考信息；所述辅助观测设备包括净辐射仪、光合有效辐射仪、红外测温仪和激光测高仪；
所述净辐射仪，用于测量天空向下投射于地表和由地表向上反射的全波段辐射量的辐射净差值；
所述光合有效辐射仪，用于测量太阳辐射中对植物光合作用有效的光谱范围的光合有效辐射量；
所述红外测温仪，用于测量地表温度；
所述激光测高仪，用于测量固定翼无人机的观测平台与地面之间的相对高度；
其中，所述净辐射仪和所述光合有效辐射仪输出为模拟信号，接入所述机载控制计算机的模拟输入端口，由机载控制计算机进行模拟信号向数字信号的转换，并由机载控制计算机进行数据保存。
5.根据权利要求4所述的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，其特征在于，所述净辐射仪安装于固定翼无人机左侧翼尖，由支撑杆固定，同时为避免机身反射辐射的影响，支撑杆长度需距固定翼无人机表面的距离为10cm；同时，在固定翼无人机右侧翼尖安装与净辐射仪形状和重量一致的配重物，保持固定翼无人机的配重平衡和气动性；
所述光合有效辐射仪，包括入射方向光合有效辐射单元和出射方向光合有效辐射单元；其中，所述入射方向光合有效辐射单元水平固定安装于固定翼无人机上表面，所述出射方向光合有效辐射单元水平固定安装于固定翼无人机下表面；
所述红外测温仪和所述激光测高仪均安装固定于固定翼无人机的机舱内，观测探头垂直向下，伸出固定翼无人机机身下方，并向下进行测量。
6.根据权利要求4所述的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，其特征在于，所述机载控制计算机具有内部编程功能和无线通信功能，包括存储模块、均值滤波模块、无线通信模块和模拟/数字信号转换模块；
所述机载5孔湍流探头电子模块得到的数字信号形式的三维风速、风向和大气温度、数字信号形式的大气温度脉动值，以及所述气体分析仪电子机箱得到的数字信号形式的水汽浓度和二氧化碳浓度、数字信号形式的大气温度值、所述激光测高仪得到的固定翼无人机的观测平台与地面之间的相对高度，均通过均值滤波模块进行均值滤波处理，获得1Hz数据流，并发送给无线通信模块，再通过无线链路发送给地面监控站进行实时监测；其中，激光测高仪测量得到的固定翼无人机的观测平台与地面之间的相对高度，同时发送给无人机自动驾驶仪，辅助无人机自动驾驶仪控制固定翼无人机按照恒定的相对高度进行飞行；其中，所述无人机自动驾驶仪同时通过无人机状态传感器获得无人机当前状态数据；所述无人机自动驾驶仪，通过伺服动作设备，对无人机机体进行控制；
所述净辐射仪和所述光合有效辐射仪输出的模拟信号，通过所述模拟/数字信号转换模块转换为数字信号后，通过所述存储模块存储；
所述机载控制计算机得到高频率的大气三维风速、气温、水汽浓度和二氧化碳浓度后，基于涡动相关方法原理，通过计算垂直风速脉动与气温、水汽浓度和二氧化碳浓度脉动的协方差，从而获得湍流通量，该湍流通量代表陆地生态系统与大气之间的水、热、碳通量交换量。
7.根据权利要求1所述的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，其特征在于，所述机载5孔湍流探头安装于固定翼无人机外表面机头的机鼻前方，通过固定在固定翼无人机机头处的管状连接件，实现与固定翼无人机机鼻的刚性连接；
其中，所述机载5孔湍流探头向前伸出43.3cm，测量不受固定翼无人机机身影响的高频率压强值；
所述机载5孔湍流探头电子模块安装于固定翼无人机的机舱内，用于接入所述机载5孔湍流探头的压强模拟信号和所述快速温度传感器的温度模拟信号，并将所接入的模拟信号转换为数字信号后，传输给所述机载控制计算机。
8.根据权利要求1所述的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，其特征在于，所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪水平安装于固定翼无人机的下表面机头的机鼻前方，通过环形固定件实现与固定翼无人机机身的刚性连接；为保持重量平衡，所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪沿固定翼无人机纵轴进行固定安装，所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪的头部平行于所述机载5孔湍流探头，并向外伸出；
所述气体分析仪电子机箱安装于固定翼无人机的机舱内，用于接入开路式水汽及二氧化碳气体分析仪和慢响应高精度温度传感器，并将开路式水汽及二氧化碳气体分析仪和慢响应高精度温度传感器观测的模拟信号转换为数字信号，并输出给机载控制计算机。
9.根据权利要求1所述的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，其特征在于，所述快速温度传感器为铂热电阻，安装于所述机载5孔湍流探头下方的整流罩内，用于测量不受其他热源影响的大气温度脉动值；
所述慢响应高精度温度传感器为热敏电阻，向下伸出固定翼无人机的下表面。
10.根据权利要求1所述的一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，其特征在于，所述固定翼无人机的飞行速度在25-35m/s之间，转弯速度小于3°/s，廓线飞机爬升速度小于2m/s，最大飞行高度为2500m；
所述科学观测单元的数据采集频率不低于20Hz。
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|---|---|
| CN (1) | CN111717389B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113776585A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-12-10 | 国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) | 基于像元矩阵的地理要素多尺度四维立体观测方法及系统 |
| CN115629164A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-01-20 | 天津飞眼无人机科技有限公司 | 一种无人机碳通量监测数据采集设备及处理方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1164688A (en) * | 1966-11-16 | 1969-09-17 | North American Aviation Inc | Atmospheric Turbulence Detector |
| US6184816B1 (en) * | 1998-07-06 | 2001-02-06 | Alliedsignal Inc. | Apparatus and method for determining wind profiles and for predicting clear air turbulence |
| CN202230330U (zh) * | 2011-10-14 | 2012-05-23 | 中国民航大学 | 民用固定翼无人飞行器物理仿真试验平台 |
| CN104635251A (zh) * | 2013-11-08 | 2015-05-20 | 中国地质大学（北京） | 一种ins/gps组合定位定姿新方法 |
| CN107192645A (zh) * | 2016-03-14 | 2017-09-22 | 曹芃 | 一种多旋翼无人机大气污染探测系统及方法 |
| CN209746157U (zh) * | 2019-05-23 | 2019-12-06 | 中国环境科学研究院 | 一种小型移动涡动相关湍流水热通量观测系统 |
| CN110749943A (zh) * | 2019-10-18 | 2020-02-04 | 武汉工程大学 | 一种基于气象无人机的气象探测系统 |
-
2020
- 2020-07-06 CN CN202010641836.5A patent/CN111717389B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1164688A (en) * | 1966-11-16 | 1969-09-17 | North American Aviation Inc | Atmospheric Turbulence Detector |
| US6184816B1 (en) * | 1998-07-06 | 2001-02-06 | Alliedsignal Inc. | Apparatus and method for determining wind profiles and for predicting clear air turbulence |
| CN202230330U (zh) * | 2011-10-14 | 2012-05-23 | 中国民航大学 | 民用固定翼无人飞行器物理仿真试验平台 |
| CN104635251A (zh) * | 2013-11-08 | 2015-05-20 | 中国地质大学（北京） | 一种ins/gps组合定位定姿新方法 |
| CN107192645A (zh) * | 2016-03-14 | 2017-09-22 | 曹芃 | 一种多旋翼无人机大气污染探测系统及方法 |
| CN209746157U (zh) * | 2019-05-23 | 2019-12-06 | 中国环境科学研究院 | 一种小型移动涡动相关湍流水热通量观测系统 |
| CN110749943A (zh) * | 2019-10-18 | 2020-02-04 | 武汉工程大学 | 一种基于气象无人机的气象探测系统 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 于贵瑞;王秋凤;朱先进;: "区域尺度陆地生态系统碳收支评估方法及其不确定性", 地理科学进展, no. 01 * |
| 孙义博: "无人机涡动相关通量观测技术研究综述", 《地球科学进展》, vol. 34, no. 8, pages 842 - 851 * |
| 孙义博: "机载涡动相关区域湍流水热通量观测方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库基础科学辑》, no. 04, pages 009 - 1 * |
| 胡伟;李成攻;: "基于多旋翼无人机的烟气监测系统研究", 山东科学, no. 06 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113776585A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-12-10 | 国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) | 基于像元矩阵的地理要素多尺度四维立体观测方法及系统 |
| CN115629164A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-01-20 | 天津飞眼无人机科技有限公司 | 一种无人机碳通量监测数据采集设备及处理方法 |
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| CN111717389B (zh) | 2024-02-02 |
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