CN113093309A - 一种气象用无人机及观测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气象用无人机，包括气象用无人机本体，还具有反冲降落机构、水样采集控制机构、无线接收电路；反冲降落机构包括气罐、电磁阀、风力发电机、控制电路；气罐安装在无人机本体的下端，气罐的下端安装有排气管，电磁阀一端和排气管连接，电磁阀另一端安装有喷嘴，气罐的侧端安装有加气嘴；风力发电机安装在气罐的下端；水样采集机构包括提示电路、探头，气罐的下端套有绳索，探头安装在绳索侧端；无线接收电路安装在无人机本体的飞控端内，控制电路和提示电路安装在无人机本体内并和电磁阀、发电机电性连接。本发明还包括包括无人机的观测系统。本发明无人机本体下降速度过快时，能减缓无人机本体的降落速度，防止了无人机本体下降过快而导致损坏。本发明还能方便采集水样。

Description

一种气象用无人机及观测系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是一种气象用无人机及观测系统。

背景技术

无人机(无人驾驶飞机)是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机。主要包括军队用无人机以及民用无人机。民用无人机具有体积小、造价低、使用方便、对环境(包括起飞及降落环境)要求低的优点，备受使用者的青睐。随着科技的发展、社会的进步，无人机越来越多的应用在了各个领域。比如无人机应用在气象领域中，其一般会搭载气象传感器(温度、湿度、气压、风向、风速传感器)、大气成分传感器(CO、SO2、NO2、O3、PM2.5、PM10)、可见光摄像机、红外摄像机等等，能方便对需要的空域进行气象探测及对空气进行检测，对地面等进行拍照等，极大的促进了气象工作的发展。

包括气象无人机在内，实际操作中，特别在降落时受到飞控人员的技能及环境因素限制(比如现场能见度不高等)，有时会因为降落速度过快和地面冲击力过大而损坏。还有就是，无人机降落时如果蓄电池电压降低也有可能导致无人机降落速度过快，进而导致无人机落地时损坏。气象无人机在实际应用中，还有采集目标区域水样进行后续理化分析的需要。采集水样时，由于无人机间距水面高度低，飞控人员在操作时经屏幕回传的视频判断无人机和水面的高度，由于无有效参照物，当飞控人员操作失误时有机率导致无人机落入水中，给机主带来大的损失。综上，由于无人机上述缺点，对无人机的有效应用过多或少会带来一定影响。

目前，在进行气象观测时，主要依赖于卫星遥感系统。但是，现有的卫星遥感系统由于受卫星分布、卫星观测精度、卫星探测能力等的影响，导致在防灾减灾等方面具有诸多缺陷。

随着无人机技术的发展，有人开始使用无人机进行气象观测，以弥补单纯依靠卫星遥感系统所带来的缺陷。

但是，现有的使用无人机进行气象观测的系统，由于受到无人机型号等的限制，导致其难以实现低空水平长距离、大面积、快速观测与低空垂直观测和短距离小面积低速水平观测的兼顾，从而导致观测效果欠佳。

而且，现有的使用无人机进行气象观测的系统，由于受到单个无人机携带能力和处理能力的限制，导致其获得的数据类型和数量有限，难以满足现在气象观测的需求。

鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种无人机气象观测系统。

发明内容

为了克服现有气象用无人机因结构所限，当飞控人员技能不娴熟或者无人机蓄电池电压降低，有几率导致无人机降落时损坏的缺点，以及采集水样时，有机率导致无人机落入水中的弊端，本发明提供了一种基于气象用无人机本体，在无人机本体的下端安装有反冲降落机构，每次无人机本体降落速度过快时能自动控制喷嘴喷反向气流、防止降落速度过快带来的机体损坏，且还具有采集水样控制机构，应用中，当无人机本体下降到一定高度后能自动提示飞控人员，给飞控人员的操作带来了便利，且有效防止了因操作不当造成无人机本体落入水中的一种气象用无人机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种气象用无人机，包括气象用无人机本体，其特征在于还具有反冲降落机构、水样采集控制机构、无线接收电路；反冲降落机构包括气罐、电磁阀、风力发电机、控制电路；所述气罐安装在气象无人机本体的下端，气罐的下端安装有排气管，电磁阀一端和排气管连接，电磁阀另一端安装有喷嘴，气罐的侧端安装有加气嘴；所述风力发电机安装在气罐的下端；所述水样采集机构包括提示电路、探头，气罐的下端套有绳索，探头安装在绳索侧端；所述无线接收电路安装在无人机本体的飞控端内，控制电路和提示电路安装在无人机本体内；所述风力发电机信号输出端和控制电路的信号输入端电性连接，控制电路的电源输出端和电磁阀的电源输入端电性连接；所述探头和提示电路的信号输入端电性连接。

进一步地，所述反冲降落机构的电磁阀是常闭阀芯电磁阀，气罐内加入有压缩空气。

进一步地，所述反冲降落机构的控制电路包括整流桥堆、电解电容、可调电阻、NPN三极管和继电器、光电开关，其间电性连接，光电开关垂直安装在气罐的下端一侧且光电开关的探测头朝下，整流桥堆的电源输出端正极和电解电容正极、可调电阻一端连接，可调电阻另一端和NPN三极管基极连接，NPN三极管集电极和继电器负极电源输入端连接，继电器控制电源输入端和正极电源输入端连接，继电器常开触点端和光电开关的正极电源输入端连接，光电开关的负极电源输入端和电解电容负极、NPN三极管发射极、整流桥堆的电源输出端负极连接。

进一步地，所述水样采集控制机构的提示电路包括电阻、NPN三极管和无线发射电路模块，其间电性连接，电阻一端和无线发射电路模块正极电源输入端连接，NPN三极管集电极和无线发射电路模块的负极电源输入端连接，无线发射电路模块的其中一只发射按键下两个触点连接在一起。

进一步地，所述无线接收电路包括无线接收电路模块、电阻、NPN三极管和讯响器，其间电性连接，无线接收电路模块的正极电源输入端和讯响器正极电源输入端连接，无线接收电路模块的其中一路输出端和电阻一端连接，电阻另一端和NPN三极管基极连接，NPN三极管集电极和讯响器负极电源输入端连接。

还涉及一种无人机气象观测系统，其包括第一复合翼无人机气象观测子系统、第二复合翼无人机气象观测子系统、多旋翼无人机气象观测子系统和数据中心，

其中，所述第一复合翼无人机气象观测子系统采集中低空的第一相关数据，并将所述第一相关数据传输至地面的第一数据预处理模块；所述第二复合翼无人机气象观测子系统采集中低空的第二相关数据，并将所述第二相关数据传输至地面的第二数据预处理模块；所述多旋翼无人机气象观测子系统采集低空的第三相关数据，并将所述第三数据传输至地面的第三数据预处理模块；所述数据中心将所述第一数据预处理模块、第二数据预处理模块和第三数据预处理模块的数据综合处理后输出观测结果；

其中多旋翼无人机气象观测子系统包括所述的气象用无人机。

进一步地，所述第一复合翼无人机气象观测子系统包括第一复合翼飞行器、第一传感器分系统、第一指挥控制平台分系统和第一综合保障平台分系统，所述第一传感器分系统安装在所述第一复合翼飞行器上用以在所述第一复合翼飞行器飞行过程中采集其周围的第一相关数据，所述第一指挥控制平台分系统包括第一指挥控制设备和第一视距链路设备，所述第一指挥控制设备用于实现对所述第一复合翼飞行器的遥控操作和实时显示所述第一复合翼飞行器的信息，所述第一视距链路设备包括第一机载数据链路和第一地面数据链路，所述第一地面数据链路用于向所述第一复合翼飞行器传输遥控数据，所述第一机载数据链路用于向地面传输所述第一相关数据，所述第一综合保障平台分系统包括第一数据预处理模块，所述第一数据预处理模块负责实现对所述第一传感器分系统的遥控控制以及所述第一相关数据的预处理；

所述第二复合翼无人机气象观测子系统包括第二复合翼飞行器、第二传感器分系统、第二指挥控制平台分系统和第二综合保障平台分系统，所述第二传感器分系统安装在所述第二复合翼飞行器上用于在所述第二复合翼飞行器飞行过程中采集其周围的第二相关数据，所述第二指挥控制平台分系统包括第二指挥控制设备和第二视距链路设备，所述第二指挥控制设备用于实现对所述第二复合翼飞行器的遥控操作和实时显示所述第二复合翼飞行器的信息，所述第二视距链路设备包括第二机载数据链路和第二地面数据链路，所述第二地面数据链路用于向所述第二复合翼飞行器传输遥控数据，所述第二机载数据链路用于向地面传输所述第二相关数据，所述第二综合保障平台分系统包括第二数据预处理模块，所述第二数据预处理模块负责实现对所述第二传感器分系统的遥控控制以及所述第二相关数据的预处理；

所述多旋翼无人机气象观测子系统包括多旋翼飞行器、第三传感器分系统、第三指挥控制平台分系统和第三综合保障平台分系统，所述第三传感器分系统安装在所述多旋翼飞行器上用于在所述多旋翼飞行器飞行过程中采集其周围的第三相关数据，所述第三指挥控制平台分系统包括第三指挥控制设备和第三视距链路设备，所述第三指挥控制设备用于实现对所述多旋翼飞行器的遥控操作和实时显示所述多旋翼飞行器的信息，所述第三视距链路设备包括第三机载数据链路和第三地面数据链路，所述第三地面数据链路用于向所述多旋翼飞行器传输遥控数据，所述第三机载数据链路用于向地面传输所述第三相关数据，所述第三综合保障平台分系统包括第三数据预处理模块，所述第三数据预处理模块负责实现对所述第三传感器分系统的遥控控制以及所述第三相关数据的预处理。

进一步地，所述第一指挥控制设备包括第一便携式加固计算机、第一飞行操作盒和第一保障设备，所述第一便携式加固计算机负责完成所述第一复合翼飞行器的飞行监控与任务规划，所述第一飞行操作盒用于在所述第一复合翼飞行器起飞和着陆阶段由飞行操作人员手持目视进行起飞和着陆控制，所述第一保障设备用于在所述第一复合翼飞行器飞行中支持地面站运行、起飞环境测量和地面位置定位。

进一步地，所述第二指挥控制设备包括第二便携式加固计算机、第二飞行操作盒和第二保障设备，所述第二便携式加固计算机负责完成所述第二复合翼飞行器的飞行监控与任务规划，所述第二飞行操作盒用于在所述第二复合翼飞行器起飞和着陆阶段由飞行操作人员手持目视进行起飞和着陆控制，所述第二保障设备用于在所述第二复合翼飞行器飞行中支持地面站运行、起飞环境测量和地面位置定位。

进一步地，所述第三指挥控制设备包括遥控器和地面指挥控制站，所述多旋翼飞行器在视距范围内或起降时由所述遥控器控制其飞行姿态、速度、模式，在所述多旋翼飞行器在视距范围外或自由飞行时由所述地面指挥控制站控制其飞行姿态、速度、模式。

与现有技术相比，本发明的无人机气象观测系统具有如下有益技术效果：

1、本发明中，每次无人机本体降落速度合适时，控制电路不会控制电磁阀打开，无人机本体正常降落；当飞控人员操作失误或者其他原因导致无人机本体下降速度过快，微型风力发电机输入到控制电路的信号电压过高时，控制电路会控制电磁阀得电阀芯打开，这样，气罐内的压缩空气会快速从气罐下端经喷嘴高速排出、产生反向向上推力，这样就能在一定时间内减缓无人机本体的降落速度，防止了无人机本体下降过快而导致损坏。

2、本发明采集水样时，通过设置探测头位于绳索上的高度能设定采集的水样深度，当采集水样时，探头刚好被水面淹没后，无线发射电路会实时发射无线信号到无线接收电路，无线接收电路接收到无线信号后能通过讯响器发声提示飞控人员，这样飞控人员就可控制无人机本体上升高度完成采集水样，给飞控人员的操作带来了便利，有效防止了因操作不当、造成无人机本体落入水中。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。

3、其是基于复合翼无人机(一主一备)和多旋翼无人机的多种组合及观测方式的无人机观测系统，既能实现中低空水平长距离、大面积、快速观测，又能实现低空垂直观测和短距离小面积低速水平观测，观测更全面，效果更好。

4、其通过不同类型的无人机搭载不同类型的传感器能够实现受灾地区的高清分辨率探测，弥补现有卫星遥感在防灾减灾方面的不足，更高效地发挥气象在防灾减灾方面的效益。

5、其通过不同类型的无人机搭载不同类型的传感器能够实现不同地形地貌及气候带上的生态气象遥感监测，实现陆表生态系统观测和评估工作，为黄土高原水土流失、秦岭水涵养地等生态文明建设提供指导依据。

6、其通过不同类型的无人机搭载不同类型的传感器能够实现卫星地面产品真实性校验。

7、其通过不同类型的无人机搭载不同类型的传感器能够实现边界层气象环境监测，便于开展边界层雾霾研究。

附图说明

图1是本发明的多旋翼飞行器的结构示意图。

图2和图3是多旋翼飞行器的电路图。

图4是本发明的无人机气象观测系统的构成示意图。

图5是本发明的无人机气象观测系统的第一复合翼无人机气象观测子系统的构成示意图。

图6是本发明的无人机气象观测系统的第二复合翼无人机气象观测子系统的构成示意图。

图7是本发明的无人机气象观测系统的多旋翼无人机气象观测子系统的构成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。

实施例一：

图1中所示，一种气象用无人机，包括搭载有气象传感器(温度、湿度、气压、风向、风速传感器)、大气成分传感器(CO、SO2、NO2、O3、PM2.5、PM10传感器)、可见光摄像机、红外摄像机的气象用无人机本体1，还具有反冲降落机构、水样采集控制机构、无线接收电路9；反冲降落机构包括矩形气罐2、电磁阀3、小型风力发电机4、控制电路5；所述气罐2经螺杆螺母安装在气象无人机本体1的壳体下端，气罐2的下端前后两部各垂直焊接有一根和气罐内相通的排气管21，电磁阀3有两只，两只电磁阀3一端和排气管21经螺纹连接，气罐2的左侧端上部安装有一个加气嘴22，两只电磁阀3另一端各安装有一个喷嘴31(上端内径大下端内径小)；所述气罐2的中部焊接有三只支撑杆和一只固定环，三只支撑杆的下端焊接有一只中空环形板23，风力发电机4经螺杆螺母安装在环形板23下端(叶片水平位于下端)；所述水样采集机构包括提示电路6、探头7，固定环的下端套有一只绳索8，探头7是两只金属铜片，两只金属铜片7粘接在一只塑料基板上，塑料基板安装在绳索8侧端；所述无线接收电路9安装在无人机本体1的飞控端壳体内，控制电路5和提示电路6安装在电路板上，电路板安装在无人机本体1内的元件盒内。

图1、2、3中所示，反冲降落机构的电磁阀DC是常闭阀芯电磁阀，通过加气嘴22往气罐内加入有压缩空气(8bar)，小型风力发电机M是小型交流风力发电机，输出电压交流6V。反冲降落机构的控制电路包括整流桥堆A1、电解电容C1、可调电阻RP、NPN三极管Q1和继电器K1、光电开关A4，其间经导线连接，光电开关A4(51)单独垂直安装在气罐2的下端一侧且光电开关A4的探测头朝下，整流桥堆A1的电源输出端正极3脚和电解电容C1正极、可调电阻RP一端连接，可调电阻RP另一端和NPN三极管Q1基极连接，NPN三极管Q1集电极和继电器K1负极电源输入端连接，继电器K1控制电源输入端和正极电源输入端连接，继电器K1常开触点端和光电开关A1的正极电源输入端1脚连接，光电开关A1的负极电源输入端2脚和电解电容C1负极、NPN三极管Q1发射极、整流桥堆A1的电源输出端负极连接。水样采集控制机构的提示电路包括电阻R1、NPN三极管Q2和型号SF2000的无线发射电路模块成品A2，电阻R1、NPN三极管Q2和无线发射电路模块成品A2之间经导线连接，电阻R1一端和无线发射电路模块A2正极电源输入端1脚连接，NPN三极管Q2集电极和无线发射电路模块A2的负极电源输入端2脚连接；无线发射电路模块成品A2的第一只发射按键S1键下两个触点预先经导线连接在一起。无线接收电路包括型号SF2000的无线接收电路模块成品A3、电阻R2、NPN三极管Q3和讯响器B，其间经电路板布线连接，无线接收电路模块A3的正极电源输入端1脚和讯响器B正极电源输入端连接，无线接收电路模块A3的其中一路输出端4脚和电阻R2一端连接，电阻R2另一端和NPN三极管Q3基极连接，NPN三极管Q3集电极和讯响器B负极电源输入端连接。无人机本体内的蓄电池G两极和控制电路的电源输入端继电器K1正极电源输入端及NPN三极管Q1发射极、提示电路电源输入端无线发射电路模块A2的正极电源输入端1脚及NPN三极管Q2的发射极分别经导线连接，风力发电机M两个输出端和控制电路的信号输入端整流桥堆A1的1及2脚分别经导线连接，控制电路的电源输出端光电开关A4的3脚及2脚和两只电磁阀DC的电源输入端分别经导线连接；探头T两只铜片(间隔2mm)和提示电路的信号输入端电阻R1另一端及NPN三极管Q2基极分别经导线连接。无线接收电路的电源输入端无线接收电路模块A3的1及3脚和无人机本体的飞控端内蓄电池G1两极分别经导线连接。光电开关A4是型号GP18-300DN1的PNP型远距离红外反射光电开关成品，光电开关A4具有两个电源输入端1及2脚、一个高电平输出端3脚，工作时，当最远3米范围内其下端探测头的发射头发射出的红外光束被物品阻挡、探测头的接收头接收到后高电平输出端3脚会输出高电平，无物品阻挡时不输出高电平；光电开关A4最远探测距离3米，其壳体上侧端内具有调节旋钮，调节旋钮向左调节时其探测距离变近、向右调节时探测距离变远。

图1、2、3所示，蓄电池G输出的电源进入探测电路和提示电路后，上述电路处于得电工作状态；蓄电池G1输出的电源进入无线接收电路后，无线接收电路处于得电工作状态。无人机每次降落时，由于小风力发电机M位于无人机的下端，因此向上气流会吹动风力发电机的叶片转动，进而其发出电能经整流桥堆A1整流，电解电容C1滤波转换为直流电源。当无人机本体降落速度合适时，由于降落速度相对缓慢、风力发电机M发出的电能相对低，这样经整流桥堆A1整流的直流电源正极通过可调电阻RP降压限流后低于0.7V，那么NPN三极管Q1处于截止状态，电磁阀DC也就不会得电其阀芯关闭，无人机处于飞控状态下降落。当无人机本体因飞控人员操作失误，或者其内部的蓄电池电压降低导致降落速度过快时，由于降落速度相对较快、风力发电机M的叶片转动相对较快发出的电能相对高，这样经整流桥堆A1整流的直流电源正极通过可调电阻RP降压限流后高于0.7V，那么NPN三极管Q1处于导通状态集电极输出低电平进入继电器K1负极电源输入端，进而继电器K1得电吸合其控制电源输入端和常开触点端闭合。由于光电开关A4的正极电源输入端和继电器K1的常开触点端闭合，所以此刻光电开关A4会得电工作。光电开关A4得电工作、无人机本体降落到离地面3米以内时，光电开关的探测头发射的红外光束由于被阻挡其3脚会输出高电平进入两只电磁阀DC的电源输入端，于是，两只电磁阀DC得电工作其内部阀芯打开。两只电磁阀DC得电阀芯打开后，气罐2内的压缩空气会快速从气罐2下端经阀芯打开的两只电磁阀DC下部喷嘴31高速排出、产生反向向上推力，这样就能在一定时间内减缓无人机本体的降落速度，防止了无人机本体下降过快而导致损坏。通过上述，本发明工作时，当无人机本体降落速度过快、离地间隔3米以内时，气罐体内的压缩空气会高速向下反方向喷出、产生反向作用力，对无人机本体1降落起到反冲作用，防止降落速度过快无人机本体和地面冲击产生损坏(离地面3米左右才启动电磁阀，是防止高度过高启动时，气罐内压缩空气喷完后，无人机本体还未降落到地，对无人机本体的平稳降落带来影响)。

图1、2、3所示，当无人机本体需要采集河流或湖泊某一区域的水样时，把绳索8固定在固定环的下端，然后在绳索的下端安装一个采集水桶10，并根据需要采集的水样深度调节探头T位于绳索8上的高度(比如需要采集目标区域1米深的水样，就把探头T安装在绳索侧的高度调节到1米左右)。采集水样时，飞控人员在较远距离控制无人机本体慢慢降落，当水桶10进入水内后会下沉，同时探头T也会慢慢接触水面。探头没有接触水面时，探头T两只铜片之间电阻为无穷大，NPN三极管Q2不会导通，那么无线发射电路模块A2也就不会发射无线信号。当水桶10进入水内合适深度后(比如一米)，同时探头T也会接触水面。探头接触水面时，探头T两只铜片之间被水淹没，这样蓄电池G输出的电源正极会经两只铜片T、水及电阻R1降压限流进入NPN三极管Q2的基极(高于0.7V)，于是NPN三极管Q2导通集电极输出低电平进入无线发射电路模块A2的负极电源输入端，无线发射电路模块A2于是得电工作。由于，无线发射电路模块A2的第一只按键S1下两个触点预先经导线连接，所以此刻无线发射电路模块A2会发射出第一路无线闭合信号。无线发射电路模块A2发射出第一路无线闭合信号后(无线信号发射的距离可达2000米)，无人机本体飞控端的无线接收电路模块A3会接收到第一路无线闭合信号，进而其4脚(2、5、6、7脚悬空)会输出高电平经电阻R2降压限流进入NPN三极管Q3的基极，NPN三极管Q3导通集电极输出低电平进入讯响器B负极电源输入端，于是，讯响器B得电发出响亮提示声音，提示飞控人员无人机本体采集水样其采集桶已经位于水面之下一定深度，此刻不能再操控无人机本体下降高度了，应该操控无人机本体上升高度了。通过上述，本发明采集水样时，通过设置探测头位于绳索上的高度能设定采集的水样深度，当采集水样时，探头刚好被水面淹没后，无线发射电路模块A2会实时发射无线信号到无线接收电路，无线接收电路接收到无线信号后能通过讯响器B发声提示飞控人员，这样飞控人员就可控制无人机本体上升高度完成采集水样，给飞控人员的操作带来了便利，有效防止了因操作不当造成无人机本体落入水中。图2、3中，电阻R1、R2阻值是1K；NPN三极管Q1、Q2、Q3型号是9013；继电器K1是直流继电器；电解电容C1型号是470μF/25V；可调电阻RP型号是8M；讯响器B是型号SF12的有源连续声讯响报警器成品。本发明批量生产前，需要确定可调电阻RP的电阻值，确定前技术人员先检测无人机本体允许的最快安全降落速度稍微大时风力发电机M发出的电压，然后根据测得的电压在地面用可调稳压直流电源代替风力发电机和整流桥堆A1的3及4脚分别相连，接着慢慢调节可调电阻RP的电阻值，刚好调节到电磁阀DC得电后、可调电阻RP阻值就调节到位；后续实际使用中，无人机本体就会在最大允许安全降落速度以上时打开电磁阀的DC的阀芯从而安全降落。调节好可调电阻RP的电阻值后，技术人员断开稳压电源测试可调电阻RP的此刻电阻值，测得的电阻值就是后续批量生产可调电阻RP的所需阻值(后续生产可根据检测的可调电阻RP阻值数据、直接将可调电阻RP的电阻值调节到位，或用相同电阻值的固定电阻代替，不需要再进行测试)。

实施例二：

参见图4-7，本发明涉及一种无人机气象观测系统，其是基于复合翼无人机(一主一备)和多旋翼无人机的多种组合及观测方式的无人机观测系统，既能实现中低空水平长距离、大面积、快速观测，又能实现低空垂直观测和短距离小面积低速水平观测，观测更全面，效果更好。

图,4示出了本发明的无人机气象观测系统的构成示意图。如图4所示，本发明的无人机气象观测系统包括第一复合翼无人机气象观测子系统、第二复合翼无人机气象观测子系统、多旋翼无人机气象观测子系统和数据中心。

其中，所述第一复合翼无人机气象观测子系统和第二复合翼无人机气象观测子系统用于中低空观测，水平观测，长距离、大面积观测、高速观测和较长时间观测。并且，第一复合翼无人机气象观测子系统和第二复合翼无人机气象观测子系统中的一个作为主机，一个作为备机，两者互相补充。

所述多旋翼无人机气象观测子系统用于低空观测，垂直观测，短距离、小面积观测。

在本发明中，中低空指的是高度范围在4000-6000m，低空指的是高度范围在3000-4000m，通过中低空和低空结合的观测子系统的配置，可以实现各种复杂地形，地貌，灾害，大气等的观测需求，通过搭载不同的数据采集传感器综合输出不同的观测结果。

图5示出了本发明的无人机气象观测系统的第一复合翼无人机气象观测子系统的构成示意图。如图5所示，所述第一复合翼无人机气象观测子系统包括第一复合翼飞行器、第一传感器分系统、第一指挥控制平台分系统和第一综合保障平台分系统。

复合翼飞行器(也就是，复合翼无人机)是既有固定翼又有旋翼的无人机。可以兼顾旋翼飞机和固定翼飞机的部分特点。复合翼无人机起降方式采用垂直起降技术，无需跑道，能够在复杂地形环境下实现全自主起降，且兼顾飞行速度快、续航时间长、载重重的优势，极大的方便使用，缩短了系统准备时间，提高了系统的快速反应能力。

因此，在本发明中，所述第一复合翼无人机气象观测子系统选择复合翼飞行器，可以满足其气象观测需求。

所述第一传感器分系统安装在所述第一复合翼飞行器上用以在所述第一复合翼飞行器飞行过程中采集其周围的第一相关数据。

在本发明中，所述第一传感器分系统可以包括第一机载气象传感器、机载高光谱成像仪、机载双摄热红外测温成像仪和倾斜相机。

其中，所述第一机载气象传感器主要包括气温、湿度、气压、风向和风速传感器，用于在所述第一复合翼飞行器飞行过程中采集其周围的温度、湿度、气压、风向和风速数据。

所述机载高光谱成像仪用于在所述第一复合翼飞行器飞行过程中采集其周围的图像信息和光谱信息以便于对具有丰富光谱特性的森林物理特性进行探测和研究地表物体的光谱信息。

具体地，成像仪可直接获取目标的空间信息，光谱仪可根据目标的特征光谱而获取其物质结构信息，而光谱成像仪兼具成像仪和光谱仪的双重功能，即可同时获得目标的图像信息和光谱信息，为分析判断目标的属性提供更好的依据。高光谱成像技术可以同时获取二维图像信息和一维光谱信息的数据立方体，具有定位，定时，定性，定量的测量和分析能力。所述机载高光谱成像仪获得的高光谱数据由于具有纳米级的光谱分辨率,可以进行细分光谱的遥感定量分析,尤其适用于对具有丰富光谱特性的森林物理特性进行探测。如树种分类、叶面积指数、生物量、蓄积量、郁闭度、树高和胸径探测。因此可以用于对陆表生态进行观测和评估，以及卫星观测数据校验。

通过所述第一复合翼飞行器搭载的所述机载高光谱成像仪，还可以快速获取较大尺度的观测数据，可以大面积的研究地表物体的光谱信息，如植物病虫害、植物抗逆性育种、植物生理生态、作物在不同生长期的生长状况、物种识别、土壤水分分布状况、水体环境及水体藻华等。所测量的数据可进行批处理，用以演算数十种植被指数，如NDVI、RVI、EVI、GVI、PVI等等。

所述机载双摄热红外测温成像仪用于在所述第一复合翼飞行器飞行过程中采集其周围具有温度差的地方的数据和图像。

具体地，热红外测温成像仪是光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布，将辐射信号传递到热红外成像仪的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。其自带一个RGB相机，可对图像信息进行补充。双摄热红外测温成像仪既可实现热红外测温成像也可实现可见光成像。

只要有温度差异的地方都可以通过所述机载双摄热红外成像仪获得数据和图像，从而开展应用。比如：在遥感领域，探测地标物体如土壤、岩石、植被、水体或人造目标的温度分布；在农林业领域，探测作物或林地冠层的温度分布图像；区域尺度的城市热环境研究等等。

所述倾斜相机用于在所述第一复合翼飞行器飞行过程中采集其周围6个倾斜角度的倾斜摄影影像，从而获得地表三维模型。

具体地，倾斜相机可以通过高效采集6个倾斜角度的高质量倾斜摄影影像，通过后期处理，可以生产高质量、高精度的地表三维模型。

所述第一指挥控制平台分系统包括第一指挥控制设备和第一视距链路设备。

所述第一指挥控制设备用于实现对所述第一复合翼飞行器的遥控操作和实时显示所述第一复合翼飞行器的信息。所述第一视距链路设备包括第一机载数据链路和第一地面数据链路。所述第一地面数据链路用于向所述第一复合翼飞行器传输遥控数据。所述第一机载数据链路用于向地面传输所述第一相关数据。

具体地，所述第一指挥控制设备主要实现地面对所述第一复合翼飞行器及其机载设备的遥控操作，负责任务规划与航迹控制、飞机参数显示、地面站参数显示、地图航迹显示、数据记录、侦察图像显示、任务设备操作、数据分发等。

所述第一指挥控制设备主要由第一便携式加固计算机、第一飞行操作盒以及第一保障设备三个部分组成。具有防水、防撞击、防尘的功能。

所述第一便携式加固计算机是所述第一指挥控制设备的核心，它负责完成飞行测控数据、伺服数据、视频图像数据的同步、接收、解码和编码，飞行控制，任务规划和航线控制，飞行参数显示，地面参数显示，视频图像显示，地图航迹显示，记录与回放功能等飞行监控与任务规划等。具有遥控指令的生产、发送及记录功能；具有复合遥测数据的处理、存储与显示功能；具有飞行控制和任务控制双席位，便于任务操作使用；预留两路网口，具有视频数据转发推流功能；具有任务规划及管理功能；在地图上实时显示飞机位置、预置航迹和飞行航迹等信息；具有链路设备的控制及状态显示功能；具有任务设备的控制及状态显示功能；具有故障自动告警和失控告警功能；实时记录数据链全部数据和地面站相关信息；内置应急备份电源；任务规划与航迹控制；可在飞行中修改任务或航程点；自动航迹控制/人工航迹控制。它为用户提供统一、便捷的图形用户界面，控制接口和监视参数，是无人机与任务载荷操作与监视的中心。

所述第一飞行操作盒用于无人机起飞和着陆阶段由飞行操作人员手持目视进行起飞/着陆控制，也可根据情况，在无人机巡航飞行、任务飞行阶段进行快速手动操纵飞机。

所述第一保障设备主要包含无人机飞行中用于支持地面站运行、起飞环境测量、地面位置定位等设备。

所述第一视距链路由第一机载数据链路和第一地面数据链路两部分组成。形成一个上行无线链路和一个下行无线链路。上行链路向无人机传输遥控数据，下行链路向地面传输遥测数据和高清视频信息。第一地面数据链路采用了定向接收天线，可实现自动跟踪功能，确保遥测数据的接收质量。

所述第一视距链路具有无人机遥控数据、遥测数据和任务载荷数据传输能力。遥测链路可同时传输遥测与任务载荷数据的传输能力；遥控链路采用扩频和加密技术，具有较强的抗夺控、抗多径和复杂电磁环境下的适应能力；测控系统具有对无人机的定位功能，能在卫星导航受到干扰、诱骗或失效时，无人机可通过测控系统提供的定位信息进行作业或安全返航；定向天线伺服具有手动、数引、跟踪功能等。

所述第一综合保障平台分系统包括第一数据预处理模块。所述第一数据预处理模块负责实现对所述第一传感器分系统的遥控控制以及所述第一相关数据的预处理。

具体地，所述第一综合保障平台分系统包括第一数据预处理模块和第一配辅件。

其中，所述第一数据预处理模块负责实现对所述第一传感器分系统的遥控控制及数据链路传来的数据和影像资料进行简单的预处理。

考虑到所述第一传感器分系统的组成，所述第一数据预处理模块可以包括第一气象数据地面采集处理子模块、高光谱成像仪配套的控制及图形预处理子模块、双摄热红外测温成像仪配套的控制及图形预处理子模块以及倾斜相机配套的控制及图像预处理子模块。

所述第一配辅件包括发电机、充电器及维修工具等。所述发电机负责为地面控制平台等提供电力。充电器负责为电池动力系统充电。

图6示出了本发明的无人机气象观测系统的第二复合翼无人机气象观测子系统的构成示意图。如图6所示，所述第二复合翼无人机气象观测子系统包括第二复合翼飞行器、第二传感器分系统、第二指挥控制平台分系统和第二综合保障平台分系统。

所述第二复合翼飞行器与所述第一复合翼飞行器属于同样的飞行器，为了简化，在此不再对其进行描述。

所述第二传感器分系统安装在所述第二复合翼飞行器上用于在所述第二复合翼飞行器飞行过程中采集其周围的第二相关数据。

在本发明中，所述第二传感器分系统包括第二机载气象传感器、机载多光谱成像仪和可见光相机，

其中，所述第二机载气象传感器与所述第一机载气象传感器相同，主要包括气温、湿度、气压、风向和风速传感器，用于在所述第二复合翼飞行器飞行过程中采集其周围的温度、湿度、气压、风向和风速数据。

所述机载多光谱成像仪用于在所述第二复合翼飞行器飞行过程中采集其周围同一目标在不同窄光谱带上所辐射或反射的信息从而得到所述目标的不同光谱带的影像信息。

具体地，所述机载多光谱成像仪是通过分光器与感光探测器的组合，使其同时分别接收同一目标在不同窄光谱带上所辐射或反射的信息，即可得到目标的几张不同光谱带的影像信息。在本发明中，将所述机载多光谱成像仪应用在农林业遥感、资源环境遥感、灾害调查、精准农业、林业、水环境和海洋学等多个领域，它能实时获得地表各种物体的不同波段光谱图像数据。通过分析这些光谱数据，可以进行国土资源分类、灾害预测及评估、作物估产、农田药效评估、病虫害监测、植物生化参量反演以及植物对环境因素(病害、虫害)的生理反应状况等研究。

所述可见光相机用于在所述第二复合翼飞行器飞行过程中采集其周围的图像。

具体地，所述可见光相机可以安装在所述第二复合翼无人机的机身下方，完成飞行过程中的高清图像拍摄。

所述第二指挥控制平台分系统包括第二指挥控制设备和第二视距链路设备。所述第二指挥控制设备用于实现对所述第二复合翼飞行器的遥控操作和实时显示所述第二复合翼飞行器的信息。所述第二视距链路设备包括第二机载数据链路和第二地面数据链路。所述第二地面数据链路用于向所述第二复合翼飞行器传输遥控数据。所述第二机载数据链路用于向地面传输所述第二相关数据。

所述第二指挥控制设备包括第二便携式加固计算机、第二飞行操作盒和第二保障设备。所述第二便携式加固计算机负责完成所述第二复合翼飞行器的飞行监控与任务规划。所述第二飞行操作盒用于在所述第二复合翼飞行器起飞和着陆阶段由飞行操作人员手持目视进行起飞和着陆控制。所述第二保障设备用于在所述第二复合翼飞行器飞行中支持地面站运行、起飞环境测量和地面位置定位。

在本发明中，所述第二指挥控制平台分系统与所述第一指挥控制平台分系统相同，只是用于实现所述第二复合翼飞行器的控制。因此，为了简化，在此不再对其进行详细描述。

所述第二综合保障平台分系统包括第二数据预处理模块。所述第二数据预处理模块负责实现对所述第二传感器分系统的遥控控制以及所述第二相关数据的预处理。

具体地，所述第二综合保障平台分系统包括第二数据预处理模块和所述第一配辅件。

其中，所述第二数据预处理模块负责实现对所述第二传感器分系统的遥控控制及数据链路传来的数据和影像资料进行简单的预处理。

考虑到所述第二传感器分系统的组成，所述第二数据预处理模块可以包括第二气象数据地面采集处理子模块、多光谱成像仪配套的控制及图形预处理子模块和可见光相机配套的控制及图像预处理子模块。

图7示出了本发明的无人机气象观测系统的多旋翼无人机气象观测子系统的构成示意图。如图7所示，所述多旋翼无人机气象观测子系统包括多旋翼飞行器、第三传感器分系统、第三指挥控制平台分系统和第三综合保障平台分系统。

所述多旋翼无人机气象观测子系统主要用于低空、垂直观测和短距离、小面积低速水平观测。

其中，所述多旋翼飞行器选用实施例一中的四旋翼纯电动无人机。该无人机结构整体采用碳纤维材料为原料，具有重量轻、结构强度高等优点。且其具有长航时、较大载重、环境适应性强、可靠性好、易操作等特点，能够超视距自主飞行，可便于搭载各类机载传感器，能够满足本发明的气象观测需求。

所述第三传感器分系统安装在所述多旋翼飞行器上用于在所述多旋翼飞行器飞行过程中采集其周围的第三相关数据。

在本发明中，所述第三传感器分系统包括第三机载气象传感器、机载大气成份传感器、可见光摄像机和多波段微型黑碳仪。

其中，所述第三机载气象传感器与所述第一机载气象传感器和第二机载气象传感器相同，主要包括气温、湿度、气压、风向和风速传感器，用于在所述多旋翼飞行器飞行过程中采集其周围的温度、湿度、气压、风向和风速数据。

所述机载大气成分传感器用于在所述多旋翼飞行器飞行过程中采集其周围的CO、SO2、NO2、O3、PM2.5和PM10颗粒物浓度。

具体地，在本发明中，在选择所述机载大气成份传感器，要使得其满足以下技术指标，从而能够实现大气成份的精确测量。

大气成分传感器技术指标

所述可见光摄像机用于在所述多旋翼飞行器飞行过程中采集其周围的实景影像。

具体地，所述可见光摄像机可以悬挂于所述多旋翼飞行器下方，实现实景监测。

为了取得更好的监测效果，所述可见光摄像机要满足如下技术指标：

单兵目标识别距离：≤800m(能见度≤2km，湿度≤80％，1.8m×0.5m目标)；

典型目标识别距离：2000m(能见度≤5km，湿度≤80％，6m×4m目标)；

可见光观测器：可见光像素数≥1920×1080；

光学变焦能力：30倍光学连续变焦；

同时实景监测设备具备存储功能，可提供JPEG、TIFF、R-JPEG格式图片，8bitMOV、MP4、14bitTIFF序列、SEQ格式图像。可在-20℃～+50℃环境下工作。

所述多波段微型黑碳仪用于在所述多旋翼飞行器飞行过程中采集其周围的黑炭浓度。

陕西关中地区黑碳气溶胶浓度远高于我国其它地区和亚洲大多数城市，并可通过与有机物混合增大吸收截面，继而影响大气热力结构和空气污染的发展过程。在关中地区开展黑碳观测对大气污染研究具有重要意义。多波段微型黑炭仪通过光谱测量提供不同含碳颗粒成分的光吸收信息，可用于鉴别不同燃烧源引起的碳排放。

依据中国气象局发布的气象行业标准《QX/T 68-2007大气黑碳气溶胶观测—光学衰减方法》中关于采用光学衰减方法测量黑碳浓度的规定，同时兼顾大气环境研究中对吸收系数光谱变化的观测需求以及无人机观测对荷载设备重量轻、体积小等的要求，本发明中选用多波段微型黑碳仪开展黑碳浓度垂直观测。

所述第三指挥控制平台分系统包括第三指挥控制设备和第三视距链路设备。所述第三指挥控制设备用于实现对所述多旋翼飞行器的遥控操作和实时显示所述多旋翼飞行器的信息。所述第三视距链路设备包括第三机载数据链路和第三地面数据链路。所述第三地面数据链路用于向所述多旋翼飞行器传输遥控数据。所述第三机载数据链路用于向地面传输所述第三相关数据。

具体地，所述第三指挥控制设备包括遥控器和地面指挥控制站。其中，所述多旋翼飞行器在视距范围内或无人机起降时用所述遥控器控制飞机的飞行姿态、速度、模式及控制相机实现变焦、拍照、录像等功能。

所述多旋翼飞行器在视距外或所述多旋翼飞行器自动飞行时由所述地面指挥控制站负责。所述地面指挥控制站采用工业PC电脑为主控制核心内置遥控地面端、数据传输电台等设备，具备防水、防尘、防震功能，实现无人机遥控、数据接收处理等功能，实现地面对无人机飞行平台和任务载荷进行监控和操作，具有飞行监控、地图导航、航路规划、应急规划、任务回放、等基本功能。

在本发明中，所述第三视距链路具备抗环境干扰能力强、传输距离远、视频清晰度高、延迟小、强大的非视距传输能力等显著特点，满足无人机实时图像传输需求。

所述第三综合保障平台分系统包括第三数据预处理模块。所述第三数据预处理模块负责实现对所述第三传感器分系统的遥控控制以及所述第三相关数据的预处理，主要实现地面端数据、图像的接收及收集、整理及简单的显示。

考虑到所述第三传感器分系统的组成，所述第三数据预处理模块包括第三气象数据地面采集处理子模块、大气成份地面采集处理子模块、可见光摄像机配套的图像预处理子模块和多波段微型黑碳仪配套的地面预处理子模块。

同时，所述第三综合保障平台分系统还包括第二配附件。所述第二配附件包括充电器和维修工具。

所述数据中心接入无人机机载数据，包括第一数据预处理模块预处理之后的第一相关数据、第二数据预处理模块预处理后的第二相关数据和第三数据预处理模块预处理之后的第三相关数据，以及水利、自然资源、环保、交通、人口经济等外部数据，进行数据管理。

同时，数据中心可以提供模型分析组件、数据服务、可视化组件等，为用户提供数据资源管理、模型管理、数据处理与计算、在线评价分析、专题制图及报告输出、评价成果可视化分析等应用。

数据中心采用先进的数据中台技术做支撑，为上层业务应用提供数据支持。基于数据库和GIS技术，面向气象业务应用和信息构建的统一的数据存储、管理、应用和服务数据库，是业务系统与数据资源进行集中、集成、共享、分析的软硬件设施及其数据、业务应用等的有机组合。

所述数据中心具有如下功能：

(1)无人机数据上传

通过无人机携带传感器型号，确定数据传输协议和接口，保证数据同步交换和汇聚至数据中心。

基于无人机获取到陕西省全境范围的遥感监测类数据成果，包括无人机遥感影像数据、热红外数据、多光谱及高光谱数据等。

无人机遥感影像数据主要包括倾斜摄影模型；DSM；DOM；测绘产品；获取地物分类；覆被变化分析(数量、质量)专题解译数据及衍生品。

热红外数据包括单景热红外温度图、热红外图像；热红外拼接大图；单像素温度值；热红外影像(栈道、船只、堤坝；浅滩、植被等)，热辐射成像图等。

多光谱遥感数据主要包括真彩色RGB影像；各单波段影像，如红光影像，近红外影像；假彩色CIR影像；归一化植被指数NDVI；水质反演结果，如总磷反演结果、氨氮反演结果，化学需氧量(COD)反演结果。

高光谱遥感图像主要包括基于模型算法提取的作物病虫害结果；农作物的叶面积指数；高光谱植被指数(VIs)；整个高光谱立方体数据；基于不同特征参数不同分类算法的影像分类结果图；林区阴影区域影像提取成果；耕地土壤有机质(SOM)；植被土壤表面的光谱特征；土壤水分值；原始数据草原物种分类等模型计算成果图像。

(2)数据库建设

无人机为实时获取成果数据，通过数据同步交换至数据中心，其他都为历史收集数据成果，包括基础地理、基础地质、各类探测专题数据，针对上述数据特点和类型，设计数据库的数据模型与数据结构，完成数据成果入库，并通过数据管理后台进行统一管理。

1)基础地理数据成果入库

对气象局及所属各单位提交的基础地理数据成果入库，包括区域测绘工作中形成的境界与行政数据、数字线划地图(DLG)、数字高程模型(DEM)、数字正射影像图(DOM)、倾斜摄影成果数据、地名地址数据、水系数据、交通数据、地貌景观类型、土地利用现状调查数据、房屋调查成果数据，区域规划数据、人口分布数据等成果。

2)基础地质调查类成果入库

对收集到的基础地质调查类成果入库，包括区域地质调查工作中形成的不同比例尺的区域地质填图数据成果、水工环地质专题调查数据成果、地质灾害监测评价治理类数据成果等。

区域地质填图数据成果及相应专题数据成果。分为小、中、大三种比例尺，主要有：1：5万地质图空间数据、1：25万地质图空间数据、1：50万地质图空间数据，特别各单位在所属工作区掌握了大量1：1万、1：5千、1：2千、1：1千等大比例尺资料。

水工环地质专题调查成果主要包括：1：5万水文地质调查数据、1：25万水文地质调查数据、1：5万重点城市及经济开发区水工环地质调查图空间数据、1：50万水文地质图空间数据、地质环境综合调查数据等成果。

地质灾害监测评价治理类成果主要包括地质灾害调查、监测、评价、保护及其相关理论技术研究、应急处置等工作采用的数据成果。

3)各类探测专题数据入库

基于气象及环境气象仪器获取到的测试成果数据，包括气溶胶含量、温室气体含量、降水值、风向角度、风速值、气温值、湿度值、气压值等探测成果数据。

(3)数据预处理

对进入数据中心的数据提供在线格式转换、坐标转换(比如统一转换为CGCS2000坐标)。

1)在线格式转换

在线提供格式转换工具，实现不同数据格式的转换，统一为主流数据格式，实现数据的交换与共享，支持数据的通用编辑。如将mapgis格式的.wt、.wl、.wp可以转换为Arcgis支持的shp格式。

2)坐标转换

提供坐标转换工具，通过坐标参数设置实现坐标系间的转换，如北京54或西安80转换为CGCS2000坐标。

3)在线展示

在数据中心的数据管理模块里，提供数据在线预览功能，可以将目标数据在地图上进行展示，同时可以对其进行样式编辑，并通过属性字段来渲染效果。

(4)数据管理

管理已进入数据中心的数据以及分析计算后发布的结果数据，对基础数据、遥感影像类、土地资源类、水资源类、气象类、植被指数类、空气质量类、自然灾害类等多源数据进行统一管理，提供数据资源目录，并提供数据元数据信息，实现数据在线浏览、下载和标准OGC服务。

由此，在本发明的无人机气象观测系统中，所述第一复合翼无人机气象观测子系统和第二复合翼无人机气象观测子系统可以与所述多旋翼无人机气象观测子系统互相补充，从而实现中底空气象观测(温度、湿度、气压、风廓线等)、卫星产品地面真实性校验、灾害调查(灾情成像)、生态气象观测(地表影像、地表温度、植被指数、地物类型、植被指数、地物类型、下垫面影像及温度等)、边界层气象和环境垂直观测、现场气象应急保障等，从而满足气象观测的需求。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种气象用无人机，包括气象用无人机本体，其特征在于反冲降落机构、水样采集控制机构、无线接收电路；还具有反冲降落机构包括气罐、电磁阀、风力发电机、控制电路；所述气罐安装在气象无人机本体的下端，气罐的下端安装有排气管，电磁阀一端和排气管连接，电磁阀另一端安装有喷嘴，气罐的侧端安装有加气嘴；所述风力发电机安装在气罐的下端；所述水样采集机构包括提示电路、探头，气罐的下端套有绳索，探头安装在绳索侧端；所述无线接收电路安装在无人机本体的飞控端内，控制电路和提示电路安装在无人机本体内；所述风力发电机信号输出端和控制电路的信号输入端电性连接，控制电路的电源输出端和电磁阀的电源输入端电性连接；所述探头和提示电路的信号输入端电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种气象用无人机，其特征在于，反冲降落机构的电磁阀是常闭阀芯电磁阀，气罐内加入有压缩空气。

3.根据权利要求1所述的一种气象用无人机，其特征在于，反冲降落机构的控制电路包括整流桥堆、电解电容、可调电阻、NPN三极管和继电器、光电开关，其间电性连接，光电开关垂直安装在气罐的下端一侧且光电开关的探测头朝下，整流桥堆的电源输出端正极和电解电容正极、可调电阻一端连接，可调电阻另一端和NPN三极管基极连接，NPN三极管集电极和继电器负极电源输入端连接，继电器控制电源输入端和正极电源输入端连接，继电器常开触点端和光电开关的正极电源输入端连接，光电开关的负极电源输入端和电解电容负极、NPN三极管发射极、整流桥堆的负极电源输出端连接。

4.根据权利要求1所述的一种气象用无人机，其特征在于，水样采集控制机构的提示电路包括电阻、NPN三极管和无线发射电路模块，其间电性连接，电阻一端和无线发射电路模块正极电源输入端连接，NPN三极管集电极和无线发射电路模块的负极电源输入端连接，无线发射电路模块的其中一只发射按键下两个触点连接在一起。

5.根据权利要求1所述的一种气象用无人机，其特征在于，无线接收电路包括无线接收电路模块、电阻、NPN三极管和讯响器，其间电性连接，无线接收电路模块的正极电源输入端和讯响器正极电源输入端连接，无线接收电路模块的其中一路输出端和电阻一端连接，电阻另一端和NPN三极管基极连接，NPN三极管集电极和讯响器负极电源输入端连接。

6.一种无人机气象观测系统，其特征在于，其包括第一复合翼无人机气象观测子系统、第二复合翼无人机气象观测子系统、多旋翼无人机气象观测子系统和数据中心，

其中，所述第一复合翼无人机气象观测子系统采集中低空的第一相关数据，并将所述第一相关数据传输至地面的第一数据预处理模块；所述第二复合翼无人机气象观测子系统采集中低空的第二相关数据，并将所述第二相关数据传输至地面的第二数据预处理模块；所述多旋翼无人机气象观测子系统采集低空的第三相关数据，并将所述第三数据传输至地面的第三数据预处理模块；所述数据中心将所述第一数据预处理模块、第二数据预处理模块和第三数据预处理模块的数据综合处理后输出观测结果；

其中多旋翼无人机气象观测子系统包括如权利要求1-5任一项所述的气象用无人机。

7.根据权利要求6所述的无人机气象观测系统，其特征在于，所述第一复合翼无人机气象观测子系统包括第一复合翼飞行器、第一传感器分系统、第一指挥控制平台分系统和第一综合保障平台分系统，所述第一传感器分系统安装在所述第一复合翼飞行器上用以在所述第一复合翼飞行器飞行过程中采集其周围的第一相关数据，所述第一指挥控制平台分系统包括第一指挥控制设备和第一视距链路设备，所述第一指挥控制设备用于实现对所述第一复合翼飞行器的遥控操作和实时显示所述第一复合翼飞行器的信息，所述第一视距链路设备包括第一机载数据链路和第一地面数据链路，所述第一地面数据链路用于向所述第一复合翼飞行器传输遥控数据，所述第一机载数据链路用于向地面传输所述第一相关数据，所述第一综合保障平台分系统包括第一数据预处理模块，所述第一数据预处理模块负责实现对所述第一传感器分系统的遥控控制以及所述第一相关数据的预处理；

所述第二复合翼无人机气象观测子系统包括第二复合翼飞行器、第二传感器分系统、第二指挥控制平台分系统和第二综合保障平台分系统，所述第二传感器分系统安装在所述第二复合翼飞行器上用于在所述第二复合翼飞行器飞行过程中采集其周围的第二相关数据，所述第二指挥控制平台分系统包括第二指挥控制设备和第二视距链路设备，所述第二指挥控制设备用于实现对所述第二复合翼飞行器的遥控操作和实时显示所述第二复合翼飞行器的信息，所述第二视距链路设备包括第二机载数据链路和第二地面数据链路，所述第二地面数据链路用于向所述第二复合翼飞行器传输遥控数据，所述第二机载数据链路用于向地面传输所述第二相关数据，所述第二综合保障平台分系统包括第二数据预处理模块，所述第二数据预处理模块负责实现对所述第二传感器分系统的遥控控制以及所述第二相关数据的预处理；

所述多旋翼无人机气象观测子系统包括多旋翼飞行器、第三传感器分系统、第三指挥控制平台分系统和第三综合保障平台分系统，所述第三传感器分系统安装在所述多旋翼飞行器上用于在所述多旋翼飞行器飞行过程中采集其周围的第三相关数据，所述第三指挥控制平台分系统包括第三指挥控制设备和第三视距链路设备，所述第三指挥控制设备用于实现对所述多旋翼飞行器的遥控操作和实时显示所述多旋翼飞行器的信息，所述第三视距链路设备包括第三机载数据链路和第三地面数据链路，所述第三地面数据链路用于向所述多旋翼飞行器传输遥控数据，所述第三机载数据链路用于向地面传输所述第三相关数据，所述第三综合保障平台分系统包括第三数据预处理模块，所述第三数据预处理模块负责实现对所述第三传感器分系统的遥控控制以及所述第三相关数据的预处理。

8.根据权利要求7所述的无人机气象观测系统，其特征在于，所述第一指挥控制设备包括第一便携式加固计算机、第一飞行操作盒和第一保障设备，所述第一便携式加固计算机负责完成所述第一复合翼飞行器的飞行监控与任务规划，所述第一飞行操作盒用于在所述第一复合翼飞行器起飞和着陆阶段由飞行操作人员手持目视进行起飞和着陆控制，所述第一保障设备用于在所述第一复合翼飞行器飞行中支持地面站运行、起飞环境测量和地面位置定位。

9.根据权利要求8所述的无人机气象观测系统，其特征在于，所述第二指挥控制设备包括第二便携式加固计算机、第二飞行操作盒和第二保障设备，所述第二便携式加固计算机负责完成所述第二复合翼飞行器的飞行监控与任务规划，所述第二飞行操作盒用于在所述第二复合翼飞行器起飞和着陆阶段由飞行操作人员手持目视进行起飞和着陆控制，所述第二保障设备用于在所述第二复合翼飞行器飞行中支持地面站运行、起飞环境测量和地面位置定位。

10.根据权利要求9所述的无人机气象观测系统，其特征在于，所述第三指挥控制设备包括遥控器和地面指挥控制站，所述多旋翼飞行器在视距范围内或起降时由所述遥控器控制其飞行姿态、速度、模式，在所述多旋翼飞行器在视距范围外或自由飞行时由所述地面指挥控制站控制其飞行姿态、速度、模式。

Images