[发明专利]基于无人机技术的大气光学关键参数综合探测系统、方法

权利要求书

1.一种基于无人机技术的大气光学关键参数综合探测系统，其特征在于，包括：

无人机控制系统，用于实时控制无人机飞行，通过无人机内置的GPS实时获取无人机的位置、高度；

气象参数探测模块，包括温度传感器、湿度传感器以及气压传感器，能够测量近地大气层不同高度的温度、气压、湿度、风速以及风向；

气溶胶粒径谱探测模块，包含光学气溶胶粒径仪和大气测量传感器；所述光学气溶胶粒径仪包括抽气泵以及光学腔，其利用抽气泵将样本大气和鞘气抽入仪器的光学腔并检测颗粒物粒径，能够获得大气中颗粒物粒径谱分布；所述大气测量传感器包括快速温湿传感器、臭氧传感器、二氧化碳传感器以及颗粒物传感器，其为折射率结构常数的测量以及颗粒物粒径谱分析提供对比数据；

大气湍流探测模块，包括用于获取温度变化量的微温传感器，以及将温度变化量转化为折射率结构常数的转换板；

数据处理系统，用于接收气象参数探测模块、气溶胶粒径谱探测模块以及光学气溶胶粒径仪的各类气象参数、环境参数，并对接收的数据进行解析、存储、显示。

2.根据权利要求1所述基于无人机技术的大气光学关键参数综合探测系统，其特征在于：无人机控制系统还包括具有加强型天线的遥控器，所述遥控器用于向无人机发送指令、从无人机处接收信息；所述无人机控制系统还包括电子地图系统、状态显示系统、航线规划系统、参数配置系统和数据存储系统。

3.根据权利要求1所述基于无人机技术的大气光学关键参数综合探测系统，其特征在于：气象参数探测模块中，所述温度传感器为负温系数热敏电阻，所述湿度传感器为高分子碳湿敏电阻，所述气压传感器为硅压敏电桥。

4.根据权利要求1所述基于无人机技术的大气光学关键参数综合探测系统，其特征在于：所述微温传感器采用一对相距1m、直径10μm、电阻10Ω的铂丝作为微温探头，用于测量温度变化量。

5.根据权利要求1所述基于无人机技术的大气光学关键参数综合探测系统，其特征在于：所述无人机平台为六旋翼无人机，包括机体、六个可拆卸机臂、与机臂可拆卸连接的旋翼、与机体的底部可拆卸连接的起落架，以及固设于机体顶部的三根用于导航的2.4G天线；机臂与机壳之间通过铝合金螺纹圈锁紧连接；所述机体内部由隔板分上下两层，其中下层为设备舱，上部为电池舱。

6.根据权利要求5所述基于无人机技术的大气光学关键参数综合探测系统，其特征在于：所述气象参数探测模块、气溶胶粒径谱探测模块以及大气湍流探测模块通过连接件固定在机体顶部，并通过细钢丝纤绳进行加固；所述光学气溶胶粒径仪外设置有防护箱体，所述防护箱体上开设有抽气口，所述光学气溶胶粒径仪通过连接件固定在机体底部；所述连接件由碳纤维卷管和高强度铝金组成。

7.根据权利要求1-6中任一项所述基于无人机技术的大气光学关键参数综合探测系统的探测方法，其特征在于：

气象参数探测模块进行气象参数测量时，测量温度的范围为-90℃～+50℃，误差在0.4℃以内；湿度范围为0％～100％，当环境温度在-25℃以上时，误差控制在5％以内；气压范围为5hpa～1060hpa，当气压在500hpa以上时，误差控制在1hpa以内；根据无人机在飞行期间的姿态、飞行方位和水平位移反演风速和风向；

光学气溶胶粒径仪检测颗粒物粒径时，利用抽气泵将样本大气和鞘气抽入仪器的光学腔，样本大气中的颗粒物经过激光束产生的散射光，聚焦到光电倍增管转换成电压信号，并通过米散射理论得到颗粒物粒径；

大气湍流探测模块获取折射率结构常数时，将空间两点气温的变化感应为电阻值的变化，通过电桥转化为电压的变化，利用电压变化获得相应温度变化，并由经验公式得到折射率结构常数。

8.根据权利要求7所述基于无人机技术的大气光学关键参数综合探测系统的探测方法，其特征在于：

传输接收处理系统通过403MHz频率实时接收气象湍流数据，进行预处理后转化为预处理气象参数和预处理环境参数；传输接收处理系统包括气象显示界面、湍流参数显示界面以及气溶胶粒子谱界面；气象显示界面能够实时显示温度、湿度、气压、风速、风向；湍流参数显示界面能够实时显示折射率结构常数；气溶胶粒子谱界面能够显示气溶胶颗粒的大小变化。