[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

说明书

本发明公开了一种基于无人机技术的大气光学关键参数综合探测系统，包括：无人机控制系统，用于实时控制无人机飞行；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能够获得大气中颗粒物粒径谱分布；所述大气测量传感器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，对接收的数据进行解析、存储、显示。

技术领域

本发明涉及气象探测领域，具体涉及一种基于无人机技术的大气光学关键参数综合探测系统、方法。

背景技术

通常把温度起伏引起大气折射率的变化的湍流称之为光学湍流，湍流强度多以大气折射率结构常数衡量，其不仅与大气温度、压强、相对湿度、风速等气象参数有关，还与地形、污染物浓度、天气系统等环境参数息息相关。在城市大气污染物的扩散、传输、迁移等是复杂的多尺度过程中，污染物的浓度与边界层风、湍流等存在明显的关系，分析近地层温湿结构和湍流特征，并探讨其演变在污染物转化过程中的作用，能够有效的提升对此类污染天气气象特征的认识，将为环保、气象部门的决策、预报等起到积极有效的支撑作用。因而湍流的测量及其变化规律的研究具有重要意义。

现有技术中大气湍流探测手段多以探空气球为主，而其高成本、局地性、分辨率较低等局限性导致了无法达到近地层探测的精度要求。探测手段的不足，成为制约城市边界层污染物与湍流交互机制认识的瓶颈。目前缺乏一种集成度较高的、分辨率精度优良的设备进行城市近地层湍流等参数的探测。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于无人机技术的大气光学关键参数综合探测系统、方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于无人机技术的大气光学关键参数综合探测系统，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。