CN112325943A - 用于模拟大气环境的装置和系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于模拟大气环境的装置和系统，其中该装置包括：环境模拟单元，其包括送风设备、送风通道部和模拟环境发生设备，其中所述送风通道部与所述送风设备的出风口连通，所述模拟环境发生设备与所述送风通道部连通并用于改变所述送风通道部内的环境条件，以便于生成模拟大气环境的气流；以及测试单元，其包括测试舱，所述测试舱布置于所述环境模拟单元产生的气流方向的下流方向上，并与所述环境模拟单元连通，所述测试舱用于放置无人机观测设备，以便于对所述无人机观测设备观测所述大气环境进行模拟和测试。根据本公开的装置和系统，能够模拟多变的大气环境以及实现对无人机观测的模拟和测试。

Description

用于模拟大气环境的装置和系统

技术领域

本公开一般地涉及环境模拟技术领域。更具体地，本公开涉及一种用于模拟大气环境的装置和系统。

背景技术

近年来，我国大气重污染天气频发，而大气观测多为地面观测，对于大气在垂直高度上的对流和扩散观测较少，并且用于模拟垂直大气环境的测试装置更是少见。无人机大气环境观测技术是利用无人机为平台，在无人机上搭载小型大气环境观测设备，以此观测大气垂直方向或不同高度水平方向大气污染物的分布特征、变化规律、对流和扩散规律等，以便在时空尺度上完成天空一体化的大气污染物观测任务。利用无人机进行垂直大气环境观测能够准确了解污染物在垂直高度上的分布特征，掌握大气污染物在大气边界层的高度变化特征和污染物的分布特征，从而能够很好的服务于垂直大气环境观测任务。

利用无人机进行大气环境观测具有操作简单、观测速度快、观测范围广、观测内容丰富、以及能够进行空中定点观测等特点。目前国内外利用无人机进行环境观测的案例越来越多，但无人机在飞行观测过程中，由于观测环境的不确定性，以及无人机在飞行过程中受机身周围温度、气流流场、湿度、降雨、风速风向以及飞行速度和方向等变化的影响，可能会出现观测数据不具代表性、仪器运行参数不正确等情况，进而影响观测结果。因此，如何模拟多变的大气环境条件以及该条件下的无人机观测工作，以便为改进无人机观测以及提高观测准确性等研究提供参考和支持，是本领域需要解决的问题。

发明内容

鉴于上面所提到的技术问题，本披露的技术方案在多个方面提供一种用于模拟大气环境的装置和系统。

在本公开的一个方面中，提供一种用于模拟大气环境的装置，包括：环境模拟单元，其包括送风设备、送风通道部和模拟环境发生设备，其中所述送风通道部与所述送风设备的出风口连通，所述模拟环境发生设备与所述送风通道部连通并用于改变所述送风通道部内的环境条件，以便于生成模拟大气环境的气流；以及测试单元，其包括测试舱，所述测试舱布置于所述环境模拟单元产生的气流方向的下流方向上，并与所述环境模拟单元连通，所述测试舱用于放置无人机观测设备，以便于对所述无人机观测设备观测所述大气环境进行模拟和测试。

根据本公开的一个实施例，所述送风设备、所述送风通道部和所述测试舱沿竖直方向依次布置，以便于模拟垂直大气环境。

根据本公开的另一个实施例，所述环境模拟单元和所述测试单元沿同一轴线布置。

根据本公开的又一个实施例，所述模拟环境发生设备布置于所述送风设备和所述送风通道部之间，或者布置于所述送风通道部内。

根据本公开的再一个实施例，所述环境模拟单元还包括：空气过滤器，其布置于所述送风设备的进风口处，以用于对进入所述送风设备的气体进行过滤。

根据本公开的一个实施例，所述送风通道部包括：扩散部，其包括窄端和宽端，其中所述窄端与所述送风设备的出风口连接；以及稳流部，其布置于所述扩散部的所述宽端和所述测试舱之间。

根据本公开的另一个实施例，所述模拟环境发生设备布置于所述窄端和所述宽端之间或者布置于所述窄端与所述送风设备之间。

根据本公开的又一个实施例，所述稳流部包括多个气流通道，且所述多个气流通道呈蜂窝状结构排布，并且所述稳流部布置成使得所述多个气流通道与所述气流方向相同。

根据本公开的再一个实施例，所述扩散部的侧壁上开设有一个或多个第一观察窗口。

根据本公开的一个实施例，所述模拟环境发生设备包括气溶胶发生器和温度交换装置中的至少一个。

根据本公开的另一个实施例，所述模拟环境发生设备包括所述气溶胶发生器和所述温度交换装置，且所述温度交换装置布置于所述送风设备和所述气溶胶发生器之间。

根据本公开的又一个实施例，所述测试单元还包括布置于所述测试舱内的采样部件，其用于对所述测试舱内的所述大气环境进行采样或者感应。

根据本公开的再一个实施例，所述测试单元还包括环境监测装置，其与所述采样部件连接，以便对所述测试舱内模拟的所述大气环境进行监测。

根据本公开的一个实施例，所述测试单元还包括：支架，其固定于所述测试舱内，并用于放置所述无人机观测设备，所述支架布置于所述采样部件的下流方向上，并且使得放置于所述支架上的所述无人机观测设备位于所述采样部件的下流方向上。

根据本公开的另一个实施例，所述支架布置于所述测试舱的轴线上。

根据本公开的又一个实施例，所述支架上设置有振动构件，以用于对所述无人机观测设备的非稳定运动状态进行模拟。

根据本公开的再一个实施例，所述支架为可伸缩支架，以便于通过控制所述可伸缩支架的长度变换来控制所述无人机观测设备的运动高度或者振动频率。

根据本公开的一个实施例，所述支架为可转动支架，以用于对所述无人机观测设备的转动状态进行模拟。

根据本公开的另一个实施例，所述测试单元还包括转盘，其与所述支架连接并用于带动所述支架转动。

根据本公开的又一个实施例，所述支架为可摆动支架，以用于对所述无人机观测设备的摆动状态进行模拟。

根据本公开的再一个实施例，所述支架和所述采样部件之间的所述测试舱的侧壁上开设有一个或多个第二观察窗口。

在本公开的另一个方面中，提供一种用于模拟大气环境的系统，包括如本公开的一个方面中任一所述的装置；以及无人机观测设备，其布置于所述装置的测试舱内。

通过上述对本公开的方案的描述，本领域技术人员可以理解本公开的用于模拟大气环境的装置可以通过送风设备生成气流，并通过模拟环境发生设备将送风通道部内的气流模拟成多变的大气环境的气流，以及通过测试舱内的观测模拟和测试，实现模拟多变的大气环境下的无人机观测工作。根据本公开的用于模拟大气环境的装置可以通过对环境模拟单元和测试单元的位置布置实现例如垂直大气环境或者水平大气环境的模拟，以及可以通过对模拟环境发生设备的设置实现多种大气环境的模拟。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分其中：

图1是总体上示出根据本公开的用于模拟大气环境的装置的示意图；

图2a和图2b是示出根据本公开的用于模拟垂直大气环境的装置的多个实施例示意图；

图3是示出根据本公开实施例的包括空气过滤器的装置的示意图；

图4是示出根据本公开实施例的包括气溶胶发生器和温度交换装置的用于模拟大气环境的装置的示意图；

图5a和图5b是示出根据本公开实施例的稳流部的横截面的多个示意图；

图6和图7是示出根据本公开实施例的包括支架的装置的多个示意图；以及

图8是示出根据本公开实施例的用于模拟大气环境的系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

应当理解，本公开的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本公开的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本公开说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本公开。如在本公开说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本公开说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

本发明人发现，无人机能够搭载常规的小型大气观测设备，可观测内容涉及到大气常规六项污染物、大气颗粒物的粒径谱、大气消光和光解强度等，观测范围较广。利用无人机搭载设备进行大气环境观测时，无人机的最佳观测点位会随着外界环境的变化而发生变化，而这种环境的影响以及观测点位的变化将直接影响到观测数据的准确性和代表性。最佳观测点位是无人机采样孔相对于无人机风场内的最具代表性位置。而目前的研究中鲜有对于无人机的最佳观测点位的研究，特别是能够适应于动态多变的大气环境中的无人机的最佳观测点位。

通过下面的描述，本领域技术人员可以理解的是，本公开的装置可以通过对环境模拟单元的设置实现模拟多种大气环境的气流场，并且可以通过测试单元的设置实现模拟无人机观测设备的观测情况，从而可以应用于通过无人机的机体流场特征来找到无人机上的最佳观测点位的研究中。

在本公开的一些实施例中，可以通过将送风设备、送风通道部和测试舱沿竖直方向依次布置使得本公开的装置可以用于模拟垂直大气环境下的无人机观测工作。在本公开的另一些实施例中，通过扩散部和稳流部的设置，可以实现消除紊流、稳定气流等效果。在本公开的又一些实施例中，可以通过气溶胶发生器和温度交换装置的设置实现对降雨、下沉气流、污染物环境、温度变化等环境的模拟。在本公开的再一些实施例中，还可以通过在测试单元中设置采样部件，实现对测试舱内大气环境监测以及可以应用于通过与无人机观测数据对比来寻找最佳观测点位的研究中。下面结合附图来详细描述本公开的具体实施方式。

图1是总体上示出根据本公开的用于模拟大气环境的装置的示意图。如图1中所示，装置100可以包括：环境模拟单元110(图中以虚线框示出)，其可以包括送风设备111、送风通道部112和模拟环境发生设备113，其中送风通道部112可以与送风设备111的出风口连通，模拟环境发生设备113可以与送风通道部112连通并用于改变送风通道部112内的环境条件，以便于生成模拟大气环境的气流。

上文中所述的送风设备111可以是例如风机等用于排送气体的设备。送风设备111可以通过在进风口处形成负压以便吸取气体进入设备内，并通过出风口排出气体以便提供气体流动的动力。送风通道部112与送风设备111的出风口连通可以是通过与送风设备111的出风口连接或者通过罩接整个送风设备111等方式，使得经送风设备111的出风口排送的气体能够进入到送风通道部112内并形成可以流动的气流。送风通道部112的形状可以为直筒形(例如中空的长方体、正方体、圆柱体等)、弧形、弯折形、波浪形、梯形体等中的一种或多种组合，可以根据需要进行设置。

模拟环境发生设备113可以布置于送风通道部112内或者布置于送风通道部112外(例如图1中所示出的)，使得模拟环境发生设备113能够与送风通道部112内的气流连通，从而可以改变送风通道部112内的环境条件。在一些实施例中，送风通道部112可以与送风设备111呈水平布置(例如图1中所示)。在另一些实施例中，送风通道部112可以与送风设备111呈竖直布置。模拟环境发生设备113可以包括例如用于产生温度、湿度、污染物、气流方向等环境条件变化的一种或多种设备。在一些实施例中，模拟环境发生设备113可以包括气溶胶发生器、温度交换装置等中的至少一个。

如图1中进一步示出的，装置100还包括测试单元120，测试单元120可以包括测试舱121，测试舱121布置于环境模拟单元110产生的气流方向(图中箭头所示方向)的下流方向上，并与环境模拟单元110连通，测试舱121用于放置无人机观测设备，以便于对无人机观测设备观测大气环境进行模拟和测试。

上文中所述的气流方向是气体流动的方向，下流方向是气体流动的下游方向。测试舱121与环境模拟单元110连通可以是通过与环境模拟单元110连接或者罩接整个或部分环境模拟单元110等方式，使得环境模拟单元110产生的气流传递至测试舱121内。在一些实施例中，测试舱121与送风通道部112连通并布置于送风通道部112的下流方向上，可以使得气体先流经送风通道部112，然后流向测试舱121内。在另一些实施例中，测试舱121可以与送风通道部112呈水平布置(例如图1中所示)。在又一些实施例中，测试舱121可以与送风通道部112呈竖直布置。在再一些实施例中，环境模拟单元110可以和测试单元120沿同一轴线布置。

根据本公开的一个实施例，测试舱121可以用于放置无人机观测设备，还可以用于对环境模拟单元110产生的大气环境进行监测。无人机观测设备可以是通过无人机搭载的环境观测设备来实现，其中环境观测设备的采样口相对于无人机的位置即为无人机观测设备的观测点位。在一些应用场景中，可以控制无人机观测设备悬停于测试舱121内来对其进行观测模拟和测试。在另一些应用场景中，无人机观测设备可以固定于测试舱121内的固定位置来进行观测和测试。在又一些应用场景中，可以通过控制无人机观测设备的飞行状态(例如位置、速度等)来对无人机观测设备的观测进行实时模拟和测试。

以上结合图1总体上对根据本公开的用于模拟大气环境的装置进行了示例性的描述，可以理解的是，本公开的装置可以通过改变环境模拟单元110和测试单元120的布置位置等，实现对水平大气环境或者垂直大气环境的模拟和观测测试。本领域技术人员应该理解的是，图1中所示的装置的结构以及上面关于图1的描述是示例性的而非限制性的，例如，送风通道部112与测试舱121的内径尺寸可以不限于图示中的相同，可以根据需要设置为不同。模拟环境发生设备113可以不限于图示中的布置于送风通道部112的外侧，其可以根据需要布置于送风通道部112的内部或者布置于送风通道部112和送风设备111之间等。还例如，环境模拟单元110和测试单元120可以不限于图示中的水平布置来用于模拟水平大气环境，还可以根据需要设置为竖直布置，以便于模拟垂直大气环境。为了便于理解，下面将结合图2a和图2b进行示例性的描述。

图2a和图2b是示出根据本公开的用于模拟垂直大气环境的装置的多个实施例示意图。如图2a中所示，装置200a可以包括沿竖直方向布置的环境模拟单元110和测试单元120，其中环境模拟单元110可以包括送风设备111、送风通道部112和模拟环境发生设备113，测试单元120可以包括测试舱121。在本实施例中，送风设备111、送风通道部112和测试舱121可以沿竖直方向依次布置，以便于模拟垂直大气环境。模拟环境发生设备113可以布置于送风通道部112内。根据这样的布置，环境模拟单元110产生的气流方向可以是如图示中箭头所示的自上而下的方向。模拟环境发生设备113布置于送风通道部112内可以直接改变送风通道部112内的气流环境。

如图2b中所示，装置200b可以包括沿竖直方向布置的环境模拟单元110和测试单元120，其中环境模拟单元110可以包括送风设备111、送风通道部112和模拟环境发生设备113，测试单元120可以包括测试舱121。在本实施例中，模拟环境发生设备113可以布置于送风设备111和送风通道部112之间(即送风通道部112的上流方向上)，并且送风设备111、模拟环境发生设备113、送风通道部112和测试舱121可以沿竖直方向依次布置，以便于模拟垂直大气环境。根据这样的布置，环境模拟单元110产生的气流方向可以是如图示中箭头所示的自上而下的方向。模拟环境发生设备113布置于送风设备111和送风通道部112之间可以改变流经送风通道部112的气流环境。

根据本公开的另一个实施例，环境模拟单元110和测试单元120可以沿同一轴线布置，即环境模拟单元110和测试单元120可以具有相同的轴心。沿同一轴线的布置方式可以使得整个装置结构对称，有利于提高装置的稳定性和牢固性。

以上结合图2a和图2b对根据本公开实施例的用于模拟大气环境的装置的多个实施例进行了示例性的描述，应该理解的是，相比于模拟环境发生设备113布置于送风通道部112的下流方向上或者布置于送风通道部112的侧壁外侧，模拟环境发生设备113布置于送风设备111和送风通道部112之间或者布置于送风通道部112内，可以使得从送风通道部112流出的气流满足模拟大气环境的气流条件。

本领域技术人员可以理解的是，上面的描述是示例性的而非限制性的，例如，环境模拟单元110和测试单元120可以不限于图示中的竖直布置，可以根据模拟环境的需要设置为例如水平布置或者倾斜布置等。还例如，送风通道部112的结构可以不限于图示中的具有相同内径的通道部，可以根据需要设置为变径的通道部。环境模拟单元110可以不限于仅包括图示中的送风设备111、送风通道部112和模拟环境发生设备113，还可以根据需要布置其他设备，例如在一些实施例中，环境模拟单元110还可以包括空气过滤器。下面将结合图3进行示例性的描述。

图3是示出根据本公开实施例的包括空气过滤器的装置的示意图。如图3中所示，装置300可以包括沿竖直方向布置的环境模拟单元110和测试单元120，在本实施例中，环境模拟单元110可以包括空气过滤器310、送风设备111、送风通道部112和模拟环境发生设备113。

根据本实施例，空气过滤器310可以用于产生洁净的大气气体，其可以布置于送风设备111的进风口处，以用于对进入送风设备111的气体进行过滤，从而减少杂质对环境模拟单元110产生的模拟大气环境的影响。空气过滤器310可以通过直接连接或者间接连接的方式布置于送风设备111的进风口处。

如图3中进一步示出的，根据本公开的一个实施例，送风通道部112可以包括：扩散部320，其可以包括窄端和宽端，其中窄端与送风设备111的出风口连接；以及稳流部330，其可以布置于扩散部320的宽端和测试舱121之间。

如图3中所示，扩散部320可以包括内径较窄的窄端和内径大于窄端内径的宽端。扩散部320的窄端和宽端之间可以由阶梯状结构、平滑过渡的曲面结构、或者平滑过渡的直面结构等中的一种或多种过渡结构构成。例如，在一个实施例中，扩散部320可以呈椎体形状。在另一个实施例中，扩散部320可以呈梯形体的形状。扩散部320的设置可以降低流经气流的流动速度(或称风速)，从而具有稳定气流速度的作用。

根据本公开的一个实施例，模拟环境发生设备113可以布置于窄端和宽端之间的扩散部320内，例如图3中所示。根据本公开的另一个实施例，模拟环境发生设备113可以布置于窄端与送风设备111之间。根据本公开的再一个实施例，扩散部320的侧壁上可以开设有一个或多个第一观察窗口。在一些应用场景中，通过第一观察窗口，可以观察到布置于扩散部320内的模拟环境发生设备113的工作情况。

进一步地，稳流部330可以连接于扩散部320的宽端和测试舱121之间。在一些实施例中，稳流部330的内径可以与扩散部320的宽端的内径相同。在另一些实施例中，稳流部330的内径可以大于扩散部320的宽端的内径。稳流部330的设置可以消除紊乱气流，从而可以具有稳定气流的作用，使得流经的气流能够满足垂直气流的要求。

以上结合图3对根据本公开实施例的装置300进行了示例性的描述。本领域技术人员可以理解的是，以上的描述是示例性的而非限制性的，例如，环境模拟单元110和测试单元120可以不限于图示中的竖直布置，可以根据模拟环境的需要设置为例如水平布置等。还例如，稳流部330的结构可以不限于图示中的结构，可以根据需要进行设置和调整。下面将结合图4对本公开的装置的另一种实施方式进行示例性的说明。

根据本公开的另一个实施例，模拟环境发生设备113可以包括例如气溶胶发生器和温度交换装置中的至少一个。下面将结合图4对包括气溶胶发生器和温度交换装置的用于模拟大气环境的装置进行示例性的说明，可以理解的是，下面的描述是示例性的而非限制性的，模拟环境发生设备113包括的设备种类和数量可以根据需要模拟的环境特征进行调整和设置。例如，在又一个实施例中，模拟环境发生设备113可以仅包括气溶胶发生器。在再一个实施例中，模拟环境发生设备113可以包括温度交换装置。

图4是示出根据本公开实施例的包括气溶胶发生器和温度交换装置的用于模拟大气环境的装置的示意图。如图4中所示，装置400可以包括沿竖直方向布置的环境模拟单元110和测试单元120，在本实施例中，环境模拟单元110可以包括空气过滤器310、送风设备111、送风通道部112和模拟环境发生设备113。

根据本实施例，模拟环境发生设备113可以包括气溶胶发生器410和温度交换装置420，且温度交换装置420可以布置于送风设备111和气溶胶发生器410之间。在另一些实施例中，温度交换装置420可以布置于送风设备111和送风通道部112之间。气溶胶发生器410可以用于发生气态污染物、气溶胶、生物环境、降雨环境等。气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统。这些固态或液态颗粒的密度与气体介质的密度可以相差微小，也可以悬殊很大。固态或液态颗粒的形状多种多样，可以是近乎球形，诸如液态雾珠，也可以是片状、针状及其它不规则形状。从流体力学角度来看，气溶胶实质上是气态为连续相以及固、液态为分散相的多相流体。温度交换装置420可以用于改变流经气流的温度，从而可以模拟生成垂直气流温度变化的大气环境。

如图4中进一步示出的，根据本公开的又一个实施例，送风通道部112可以包括扩散部320和稳流部330，其中稳流部330可以包括多个气流通道，每个气流通道可以为中空结构以便于气流通过。多个气流通道可以呈蜂窝状结构排布，并且稳流部330布置成使得多个气流通道与气流方向相同，以便气流能够通过多个气流通道流向测试单元120。多个气流通道的设置能够对气流的流动产生导流的作用，从而可以稳定气流路径并消除紊乱气流的发生。具有蜂窝状结构的稳流部330不仅具有稳定气流的作用，而且更有利于产生符合大气环境的气流条件。这是由于呈蜂窝状结构排布的多个气流通道具有切割气流漩涡和顺直气流的作用，从而在一些应用场景中能够为测试单元提供垂直向下的气流流场，以便于模拟无人机垂直匀速上升时的气流流场环境。为了便于理解稳流部的蜂窝状结构，下面将结合图5a和图5b对稳流部330的呈蜂窝状结构排布的多个气流通道进行示例性的描述。

图5a和图5b是示出根据本公开实施例的稳流部的横截面的多个示意图。如图5a中所示，在一个实施例中，稳流部330a可以包括多个气流通道510，气流通道510的横截面可以呈图示中的正方形，稳流部330a的横截面形状可以呈图示中的圆形。如图5b中所示，在另一个实施例中，稳流部330b可以包括多个气流通道510，气流通道510的横截面可以呈图示中的六边形，稳流部330b的横截面形状可以呈图示中的正方形。

本领域技术人员可以理解的是，图5a和图5b中所示的稳流部的结构是示例性的，例如，气流通道510的横截面的形状可以不限于图示中的六边形或正方形，可以根据需要设置为长方形、三角形、梯形、五边形等规则或者不规则的形状。稳流部的横截面形状可以不限于图示中的圆形或者正方形，可以根据需要设置为例如三角形、长方形、菱形、梯形等规则或者不规则的形状。

以上结合图3～图5b对根据本公开实施例的用于模拟大气环境的装置的环境模拟单元110的结构和布置方式等进行了详细的描述，为了更好的理解本公开的测试单元120的结构和功能作用等，下面将结合图6和图7对根据本公开实施例的测试单元120的示例性结构进行描述。

图6和图7是示出根据本公开实施例的包括支架的装置的多个示意图，下面将分别进行描述。如图6中所示，装置600可以包括沿竖直方向布置的环境模拟单元110和测试单元120，在本实施例中，环境模拟单元110可以包括空气过滤器310、送风设备111、送风通道部112和模拟环境发生设备113，其中送风通道部112可以包括扩散部320和稳流部330。环境模拟单元110已经在前文中结合图3和图4进行了详细描述，此处不再赘述。

如图6中所示，根据本公开的一个实施例，测试单元120可以包括布置于测试舱121内的采样部件610，其可以用于对测试舱121内的大气环境进行采样或者感应。采样部件610可以与测试舱121的内壁连接。在一些实施例中，采样部件610可以采集气体样本以便用于测试。在另一些实施例中，采样部件610可以感应大气环境参数以便用于测试。例如，在又一些实施例中，采样部件610可以是采样管，该采样管的材质可以是金属、塑料、橡胶、玻璃等中的至少一种。在再一些实施例中，采样部件610可以是传感器。

根据本公开的另一个实施例，测试单元120还可以包括环境监测装置，其可以与采样部件610连接，以便对测试舱121内模拟的大气环境进行监测。环境监测装置可以布置于测试舱121内，也可以布置于测试舱121外。环境监测装置可以与采样部件610有线连接或者无线连接，可以直接连接或者间接连接。在一个实施例中，环境监测装置可以布置于测试舱121外，且测试舱121的侧壁上可以开设有测试口，使得环境监测装置可以通过该测试口与采样部件610连接。环境监测装置的数量和类型可以根据需要进行选择，例如，在一个实施例中，环境监测装置为气溶胶测试设备，可以用于对测试舱121内的气溶胶环境特征进行监测。

如图6中进一步示出的，测试单元120还可以包括：支架620，其可以固定于测试舱121内，并用于放置无人机观测设备，支架620可以布置于采样部件610的下流方向(沿气体流动方向的下游)上，并且使得放置于支架620上的无人机观测设备位于采样部件610的下流方向上。根据本公开的另一个实施例，支架620可以布置于测试舱121的轴线上，可以使得支架620位于气流的中央，避免装置侧壁附近对气流可能造成的影响。在模拟垂直大气环境的装置中，支架620及其上放置的无人机观测设备位于采样部件610的下方，可以避免无人机观测设备对采样部件610采样的影响，从而可以保证环境监测装置对模拟的大气环境的监测数据的准确性和稳定性。

根据这样的设置，在一些应用场景中，可以通过比较环境监测装置的监测数据和无人机观测设备的观测数据，来对比和分析无人机观测设备的观测数据是否准确，从而有助于对无人机观测设备的参数校准提供标准和依据。在另一些应用场景中，通过对比环境监测装置的监测数据和无人机观测设备的观测数据，分析无人机观测设备的观测点位的观测数据是否准确来判断该观测点位是否合适。在又一些应用场景中，还可以通过在不同模拟大气环境下的环境监测装置的监测数据和无人机观测设备的观测数据的对比，寻找无人机观测设备的最佳观测点位。

根据本公开的另一个实施例，支架620和采样部件610之间的测试舱121的侧壁上可以开设有一个或多个第二观察窗口，以便于通过第二观察窗口实时观察无人机观测设备的摆放位置和状态(例如是否倾斜、偏移、脱落等)等。在一些实施例中，多个第二观察窗口可以均匀或对称的布置于测试舱121的侧壁上。例如，在一个具体实施例中，装置600包括偶数个第二观察窗口，该偶数个第二观察窗口可以相对于测试舱121的轴线对称的布置于测试舱121的侧壁上。在另一个具体实施例中，装置600包括奇数个第二观察窗口，该奇数个第二观察窗口可以相对于测试舱121的轴线均匀的布置于测试舱121的侧壁上。

根据本公开的又一个实施例，支架620上可以设置有振动构件，以用于对无人机观测设备的非稳定运动状态进行模拟。非稳定运动状态可以是无人机观测设备在飞行过程中的机身抖动或者振动状态。在一些实施例中，振动构件可以包括弹簧、橡胶等弹性结构，从而可以模拟无人机观测设备随模拟环境变化而发生的非稳定运动状态。在另一些实施例中，振动构件可以包括振子等机械振动结构，从而可以根据需要控制无人机观测设备的振动状态来模拟其非稳定运动状态。

根据本公开的再一个实施例，支架620可以为可伸缩支架，以便于通过控制可伸缩支架的长度变换来控制无人机观测设备的运动高度或者振动频率。在一些应用场景中，可以通过控制可伸缩支架的伸长或者收缩长度，来控制无人机观测设备的观测高度。在另一些应用场景中，可以通过控制可伸缩支架的伸缩频率，来实现控制无人机观测设备的例如上下方向振动的频率。

以上结合图6对根据本公开实施例的测试单元的结构和布置方式等进行了示例性的描述，本领域技术人员可以理解的是，上面的描述是示例性的而非限制性的，例如，支架620的布置位置可以不限于图示中的布置于测试舱121的轴线上，可以根据需要布置于例如测试舱121的侧壁上。还例如，支架620的结构可以不限于图示中的固定结构，还可以根据需要设置为例如可转动或者可摆动的结构。下面将结合图7进行示例性的说明。

图7是示出根据本公开实施例的包括可转动支架的装置的示意图。如图7中所示，装置700可以包括沿竖直方向布置的环境模拟单元110和测试单元120，在本实施例中，环境模拟单元110可以包括空气过滤器310、送风设备111、送风通道部112和模拟环境发生设备113，其中送风通道部112可以包括扩散部320和稳流部330；测试单元120可以包括布置于测试舱121内的采样部件610和支架620。环境模拟单元110已经在前文中结合图3和图4进行了详细描述，此处不再赘述。采样部件610已经在前文中结合图6进行了描述，此处不再赘述。

如图7中进一步示出的，在本实施例中，支架620可以为可转动支架，以用于对无人机观测设备的转动状态进行模拟。在一个实施例中，支架620可以沿图7中箭头所示的方向转动。可转动支架可以根据模拟环境的变化而发生自由转动，也可以根据需要控制其有规律的转动。在一些应用场景中，模拟无人机观测设备的转动状态，可以用于观测例如垂直大气环境中的同一水平面的环境情况。

进一步地，根据本公开的另一个实施例，测试单元120还可以包括转盘，其可以与支架620连接并用于带动支架620转动。在一个实施例中，支架620可以布置于转盘的边缘，使得支架620可以随转盘的转动而围绕轴线转动。在另一个实施例中，支架620可以布置于转盘的轴心，使得支架620可以随着转盘的转动而原地旋转的运动。在又一个实施例中，转盘可以转动的同时发生晃动，使得支架610可以随着转盘的晃动而晃动，可以用于模拟大气环境气流变化引起的无人机观测设备的颠簸状态。

根据本实施例的一个变形例，支架620可以为可摆动支架，以用于对无人机观测设备的摆动状态进行模拟。摆动状态可以是沿一直线的两个方向之间运动，类似于钟摆的运动轨迹。例如，在一个实施例中，支架620可以沿左右方向摆动。

以上结合图6和图7对根据本实施例的测试单元的多个实施方式进行了描述，可以理解的是，根据本公开的装置能够根据需要模拟无人机观测设备的多种运动状态，从而满足不同的模拟观测需求。进一步地，本公开在另一方面中还提供了一种用于模拟大气环境的系统，可以包括如本公开的一个方面中任一所述的装置；以及无人机观测设备，其布置于装置的测试舱内。为了便于说明，下面将以图6中所示的装置600为例，结合图8对根据本公开的用于模拟大气环境的系统800进行示例性的描述。

图8是示出根据本公开实施例的用于模拟大气环境的系统的示意图。如图8中所示，系统800可以包括用于模拟大气环境的装置和布置于测试舱121内的无人机观测设备810。用于模拟大气环境的装置可以包括沿竖直方向布置的环境模拟单元110和测试单元120，在本实施例中，环境模拟单元110可以包括空气过滤器310、送风设备111、送风通道部112和模拟环境发生设备113，其中送风通道部112可以包括扩散部320和稳流部330；测试单元120可以包括布置于测试舱121内的采样部件610和支架620。该装置与图6中所示的装置相同或相似，此处不再赘述。

如图8中所示，无人机观测设备810可以通过无人机搭载的观测设备实现观测任务。根据本公开的系统800可以用于模拟大气环境、模拟测试无人机观测设备的观测工作、以及通过对比和分析无人机观测数据和模拟大气环境数据来确定最佳观测点位等。例如在一个实施例中，无论在垂直气流或者温度等剧烈变化的环境条件下，在无人机观测设备810的轴线的机翼上方约10cm处这个点位测出的数据与采样部件610处监测的数据始终最为接近，那说明这个点位即为最具代表性的最佳观测点位。

通过上面对本公开的技术方案及其多个实施例的描述，本领域技术人员应该理解的是，本公开通过环境模拟单元生成模拟大气环境的气流，以及通过测试舱内的观测模拟和测试，实现模拟多变的大气环境下的对无人机飞行观测的测试和分析。在一些实施例中，本公开通过环境模拟单元和测试单元的竖直布置方式，以及气溶胶发生器和温度交换装置等的设置，可以模拟垂直大气气流流场以及无人机垂直飞行时的大气环境特征，使得无人机观测设备能够在装置模拟真实的垂直大气环境条件下进行定向精准的测试校准。在另一些实施例中，通过采样部件处连接环境监测装置可以监测测试舱内的风场特征以及气溶胶浓度水平等环境特征。在又一些实施例中，通过第二观察窗口的设置，可以观察测试舱内的测试现场环境以及无人机观测设备的情况等。在再一些实施例中，通过对稳流部的蜂窝状结构的设置，能够实现模拟无人机垂直上升时的气流流场环境。进一步地，通过测试单元对无人机周围风场特征的测试和分析，可以确定无人机观测设备在观测大气环境时的最佳观测点位和最佳观测环境条件等。

虽然本公开的实施例如上，但所述内容只是为便于理解本公开而采用的实施例，并非用以限定本公开的范围和应用场景。任何本公开所述技术领域内的技术人员，在不脱离本公开所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本公开的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于模拟大气环境的装置，包括：

环境模拟单元，其包括送风设备、送风通道部和模拟环境发生设备，其中所述送风通道部与所述送风设备的出风口连通，所述模拟环境发生设备与所述送风通道部连通并用于改变所述送风通道部内的环境条件，以便于生成模拟大气环境的气流；以及

测试单元，其包括测试舱，所述测试舱布置于所述环境模拟单元产生的气流方向的下流方向上，并与所述环境模拟单元连通，所述测试舱用于放置无人机观测设备，以便于对所述无人机观测设备观测所述大气环境进行模拟和测试。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述送风设备、所述送风通道部和所述测试舱沿竖直方向依次布置，以便于模拟垂直大气环境；

优选地，所述环境模拟单元和所述测试单元沿同一轴线布置。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述模拟环境发生设备布置于所述送风设备和所述送风通道部之间，或者布置于所述送风通道部内。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述环境模拟单元还包括：

空气过滤器，其布置于所述送风设备的进风口处，以用于对进入所述送风设备的气体进行过滤。

5.根据权利要求1-4任一所述的装置，其中所述送风通道部包括：

扩散部，其包括窄端和宽端，其中所述窄端与所述送风设备的出风口连接；以及

稳流部，其布置于所述扩散部的所述宽端和所述测试舱之间；

优选地，所述模拟环境发生设备布置于所述窄端和所述宽端之间或者布置于所述窄端与所述送风设备之间；

优选地，所述稳流部包括多个气流通道，且所述多个气流通道呈蜂窝状结构排布，并且所述稳流部布置成使得所述多个气流通道与所述气流方向相同。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述扩散部的侧壁上开设有一个或多个第一观察窗口。

7.根据权利要求1-6任一所述的装置，其中所述模拟环境发生设备包括气溶胶发生器和温度交换装置中的至少一个；

优选地，所述模拟环境发生设备包括所述气溶胶发生器和所述温度交换装置，且所述温度交换装置布置于所述送风设备和所述气溶胶发生器之间。

8.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述测试单元还包括布置于所述测试舱内的采样部件，其用于对所述测试舱内的所述大气环境进行采样或者感应；

优选地，所述测试单元还包括环境监测装置，其与所述采样部件连接，以便对所述测试舱内模拟的所述大气环境进行监测。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述测试单元还包括：

支架，其固定于所述测试舱内，并用于放置所述无人机观测设备，所述支架布置于所述采样部件的下流方向上，并且使得放置于所述支架上的所述无人机观测设备位于所述采样部件的下流方向上；

优选地，所述支架布置于所述测试舱的轴线上；

优选地，所述支架上设置有振动构件，以用于对所述无人机观测设备的非稳定运动状态进行模拟。

优选地，所述支架为可伸缩支架，以便于通过控制所述可伸缩支架的长度变换来控制所述无人机观测设备的运动高度或者振动频率；

优选地，所述支架为可转动支架，以用于对所述无人机观测设备的转动状态进行模拟；

优选地，所述测试单元还包括转盘，其与所述支架连接并用于带动所述支架转动；

优选地，所述支架为可摆动支架，以用于对所述无人机观测设备的摆动状态进行模拟；

优选地，所述支架和所述采样部件之间的所述测试舱的侧壁上开设有一个或多个第二观察窗口。

10.一种用于模拟大气环境的系统，包括如权利要求1-9任一所述的装置；以及无人机观测设备，其布置于所述装置的测试舱内。

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