IJAE孔侑dF4y2Ba 国际航空航天工程杂志》上孔侑dF4y2Ba 1687 - 5974孔侑dF4y2Ba 1687 - 5966孔侑dF4y2Ba Hindawi孔侑dF4y2Ba 10.1155 / 2017/1831676孔侑dF4y2Ba 1831676孔侑dF4y2Ba 研究文章孔侑dF4y2Ba 大气边界层气象要素检测平台的设计基于无人机孔侑dF4y2Ba 张孔侑dF4y2Ba 永宏孔侑dF4y2Ba 1孔侑dF4y2Ba 越南盾孔侑dF4y2Ba 田田孔侑dF4y2Ba 1孔侑dF4y2Ba http://orcid.org/0000 - 0001 - 5477 - 1810孔侑dF4y2Ba 刘孔侑dF4y2Ba Yunping孔侑dF4y2Ba 1孔侑dF4y2Ba 2孔侑dF4y2Ba Asadov孔侑dF4y2Ba Hikmat孔侑dF4y2Ba 1孔侑dF4y2Ba B-DAT孔侑dF4y2Ba C-MEIC孔侑dF4y2Ba CICAEET孔侑dF4y2Ba 学校的信息和控制孔侑dF4y2Ba 南京大学信息科学与技术孔侑dF4y2Ba 南京孔侑dF4y2Ba 中国孔侑dF4y2Ba nuist.edu.cn孔侑dF4y2Ba 2孔侑dF4y2Ba 机械和工业工程系孔侑dF4y2Ba 瑞尔森大学孔侑dF4y2Ba 多伦多孔侑dF4y2Ba 在孔侑dF4y2Ba 加拿大孔侑dF4y2Ba ryerson.ca孔侑dF4y2Ba 2017年孔侑dF4y2Ba 2孔侑dF4y2Ba 11孔侑dF4y2Ba 2017年孔侑dF4y2Ba 2017年孔侑dF4y2Ba 26孔侑dF4y2Ba 05年孔侑dF4y2Ba 2017年孔侑dF4y2Ba 16孔侑dF4y2Ba 09年孔侑dF4y2Ba 2017年孔侑dF4y2Ba 2孔侑dF4y2Ba 11孔侑dF4y2Ba 2017年孔侑dF4y2Ba 2017年孔侑dF4y2Ba 版权©2017永宏Zhang et al。孔侑dF4y2Ba 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。孔侑dF4y2Ba

在当前大气边界层的检测方法,探空气球有缺点,如低复苏和重用率低,风速计塔有缺点,如固定位置和高成本,和遥感探测低数据的准确性等缺点。摘要气象要素传感器进行six-rotor无人机平台上实现检测大气边界层气象要素的影响不同的气象要素传感器安装位置的气象要素传感器的检测精度进行了分析通过许多实验。首先,six-rotor无人机平台是建立在机械结构设计和控制系统设计。其次,数据,如温度、相对湿度、压力、海拔和纬度和经度收集的设计气象元素检测系统。第三,收集到的数据进行数据管理,包括本地存储和实时显示地面主机上。最后,结合自动气象站数据的综合分析,数据的有效性验证。这个six-rotor无人机平台携带气象要素传感器可以有效地实现的直接测量大气边界层和在某些情况下可以弥补缺乏的探空气球,风速计塔,和遥感检测。孔侑dF4y2Ba

 中国国家自然科学基金孔侑dF4y2Ba 51405243孔侑dF4y2Ba 51575283孔侑dF4y2Ba 1。介绍孔侑dF4y2Ba

当前大气边界层的检测方法包括探空气球,风速计塔,雷达探测等(孔侑dF4y2Ba 1孔侑dF4y2Ba,孔侑dF4y2Ba 2孔侑dF4y2Ba]。其中,常规探空气球和系留气球有一些限制的探测大气边界层由于低复苏和重用率低的缺点。雷达探测和遥感探测的观测方法只能获得数据的准确性和可靠性相对较低(孔侑dF4y2Ba 3孔侑dF4y2Ba]。风速计塔已难以兼顾的目的研究大气边界层由于固定位置和高成本等缺点。最重要的是,寻求高稳定性和低成本,不断检测仪器用于大气边界层是迫切需要解决的问题。的特性,比如简单的登陆,自动巡航,高度不变,不变的点(孔侑dF4y2Ba 4孔侑dF4y2Ba),有可能是一个气象要素传感器进行six-rotor无人机(无人机)平台上实现的直接测量大气探测。因此,开发一个大气边界层气象要素检测平台基于无人机具有重要的科学意义。孔侑dF4y2Ba

在当前检测方法听起来很大气,探空气球携带的无线电探空仪直接测量是一个重要手段;然而,常规探空气球和系留气球探测大气边界层的准确性较低,由于低恢复和高成本的缺点以及低空气流和地形环境,所以他们不能满足现代气象应用程序的需要。等因此,由于功能简单的垂直起飞和降落,定位精度高,可重用性,有可能是一个气象要素传感器six-rotor无人机平台上进行弥补的不足在某些情况下探空气球。雷达探测和遥感探测的观测方法获得气象参数通过反演和间接的观察变量,它只能获得相对较低的数据相对于物理测量的准确性和可靠性;因此,有可能是一个气象要素传感器进行six-rotor无人机平台实现大气边界层的直接测量。风速计塔是一个设施观察大气边界层气象要素的垂直分布,但难以兼顾的目的研究大气边界层由于固定位置和高成本等缺点。因此,探测大气边界层的无人机具有成本低和良好的流动性孔侑dF4y2Ba 5孔侑dF4y2Ba- - - - - -孔侑dF4y2Ba 10孔侑dF4y2Ba]。孔侑dF4y2Ba

目前,许多研究成果已经在这个领域:美国,澳大利亚,法国,和中国气象发展无人机遥感系统,如珀尔修斯,忒修斯,Aerosonde。Aerosonde ltd .)是一个澳大利亚的无人机的开发商和制造商;在1995年,它开始提供无人机气象探测系统相关产品和服务,在这一领域的领先地位。Reuder等人观察到的大气边界层气象要素如温度、湿度、和压力通过使用相扑,小型固定翼无人机,并取得了良好的结果孔侑dF4y2Ba 11孔侑dF4y2Ba]。中国已经在这个领域做了大量工作,取得了初步成果。然而,执行与固定翼无人机大气探测偏差测量的气象数据,因为固定翼无人机将大幅在统一直接在有风的日子。相比之下,上下连续multirotor无人机能飞在有风的天,比固定翼无人机具有更好的适用性,所以它可以执行气象探测不同高度的大气层(孔侑dF4y2Ba 12孔侑dF4y2Ba,孔侑dF4y2Ba 13孔侑dF4y2Ba]。常用的multirotor无人机包括四驱无人机和six-rotor无人机,其中,四驱six-rotor无人机有两个额外的转子与无人机;因此,它可以表现出更好的稳定时经历强烈的外部干扰或转子的一部分是打扰孔侑dF4y2Ba 14孔侑dF4y2Ba]。因此,在本文中,首先,six-rotor无人机平台是通过机械结构设计和控制系统设计;其次,数据,如温度、相对湿度、压力、海拔、纬度和经度和收集的设计气象元素检测系统;第三,收集到的数据进行数据管理,包括本地存储和实时显示地面主机上(孔侑dF4y2Ba 15孔侑dF4y2Ba];最后,结合自动气象站数据的综合分析,数据的有效性验证。孔侑dF4y2Ba

 2。整个系统的设计方案孔侑dF4y2Ba

整个系统包括四个部分,即six-rotor无人机平台设计、气象要素探测系统设计、数据管理和系统测试、数据分析和对比验证,各部分之间的关系如图所示孔侑dF4y2Ba 1孔侑dF4y2Ba。首先,six-rotor无人机的飞行载体检测系统,进行气象要素探测系统实现检测大气边界层气象要素的。其次,收集到的数据是保存在SD卡中,发送到主机通过无线数据传输模块实时显示在同一时间。最后,自动气象站数据的综合分析,并通过实验进行了对比验证。下面描述的部分:孔侑dF4y2Ba

系统图。孔侑dF4y2Ba

本文结合six-rotor无人机飞行控制系统的设计方法与气象要素检测系统的设计方法,大气边界层气象探测进行了研究,在此基础上,结合自动气象站数据的综合分析;所涉及的研究方法和关键技术部分如下:孔侑dF4y2Ba

Six-rotor无人机技术主要采用机械结构设计,马赫尼互补滤波算法设计(孔侑dF4y2Ba 16孔侑dF4y2Ba,硬件和软件的设计。孔侑dF4y2Ba

six-rotor无人机的气动布局有重要影响的控制特点和飞行品质。因此,首先,进行了机械结构设计使用固体工作软件。其次,飞行控制系统的主控进行编程软件使用STM32系列芯片在MDK(单片机开发工具包)开发环境通过马赫尼互补滤波算法设计和其他设计,和主程序的设计完成了整体功能通过中断嵌套。最后,硬件电路和PCB(印刷电路板)布局设计使用奥腾设计软件,包括板加工、焊接和调试,和模型six-rotor无人机。孔侑dF4y2Ba

气象要素检测系统技术包括硬件设计、程序设计、主机设计,和数据管理。孔侑dF4y2Ba

气象要素的主控制检测系统收集的数据温度和湿度传感器,压力传感器,并使用STM32系列GPS传感器芯片,其中,进行了硬件设计和软件程序设计使用奥腾设计师凯尔环境下软件。至于数据管理、气象数据显示通过设计宿主计算机软件使用Visual Basic和保存在文件系统SD卡的形式。孔侑dF4y2Ba

对于数据分析和实验比较,进行了系统测试和对比测试在模拟环境中,和气象要素的影响不同的安装位置的检测系统对数据进行了分析。孔侑dF4y2Ba

在这个实验中,由拼合式标准环境下模拟精度湿度发生器,首先,气象要素的温度和湿度检测系统在不同条件下进行了测试和分析。其次,根据转子风力的影响six-rotor无人机在气象要素传感器的检测精度的检测大气边界层的影响不同的安装位置的气象要素传感器检测精度的气象要素传感器通过许多实验进行了分析。最后,在仿真环境中,气象要素的温度和湿度检测系统板和戴维斯气象站收集板测试;在实际的测试中,气象要素(如温度、相对湿度、压力、海拔、纬度和经度和探测到six-rotor无人机平台携带气象要素传感器和戴维斯气象站收集板,并通过许多数据的有效性验证实验。孔侑dF4y2Ba

 3所示。Six-Rotor无人机平台的设计孔侑dF4y2Ba

根据气象要素的影响检测系统进行了six-rotor无人机和其他负载的稳定性six-rotor无人机,开源平台的基础上,six-rotor无人机平台的高可靠性是通过机械结构的优化设计。的主要研究内容包括six-rotor无人机机械结构的设计,控制系统的硬件设计、软件设计,主机的设计的地面站。孔侑dF4y2Ba

3.1。Six-Rotor无人机机械结构的设计孔侑dF4y2Ba

six-rotor无人机机械结构的设计包括气动布局设计和材料选择。six-rotor无人机是一个完整的驱动系统6个输出和6个自由度的运动。气动布局设计的前提是six-rotor无人机的飞行性能好;因此,six-rotor无人机的气动布局设计在本文选择X6结构。six-rotor无人机的气动布局和装配平台数据所示孔侑dF4y2Ba 2孔侑dF4y2Ba和孔侑dF4y2Ba 3孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

气动布局图。孔侑dF4y2Ba

Six-rotor无人机平台装配图。孔侑dF4y2Ba

six-rotor无人机平台的设计要求组装的多个部分,如中心盘six-rotor无人机坐标系,轴手臂,飞行控制放置板,螺丝,螺母,如下图所示。轴距的长度是650厘米,轴臂设计的广场15厘米×15厘米,和中心盘six-rotor无人机框架轴臂与螺丝和螺母固定。通过多个部分的装配,six-rotor无人机平台建成;在此基础上,无刷电机,ESC(电子速度控制),和螺旋桨组装,six-rotor无人机的X6结构比其他结构有更好的可靠性。孔侑dF4y2Ba

 3.2。飞行控制电路的设计孔侑dF4y2Ba

正确的硬件电路设计的前提是稳定的six-rotor无人机飞行。用模块化设计方法被采用,一个气象要素探测系统进行了six-rotor无人机飞行控制系统研究上执行大气探测的前提下确保可靠的six-rotor无人机飞行。six-rotor无人机系统结构如图孔侑dF4y2Ba 4孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

Six-rotor无人机系统结构图。孔侑dF4y2Ba

six-rotor无人机飞行控制系统电路包括主控制器电路、滤波电路、复位电路、晶体振荡器电路、电源接口电路,串口电路,gy - 86态度传感器电路,OLED显示器接口电路、远程控制接口电路,电机输出电路和电路状态指示器。每个模块电路的正常运行是稳定的six-rotor无人机飞行的前提。six-rotor无人机系统电路和PCB布线图所示孔侑dF4y2Ba 5孔侑dF4y2Ba和孔侑dF4y2Ba 6孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

飞行控制系统电路。孔侑dF4y2Ba

PCB布线图。孔侑dF4y2Ba

通过采用上述电路设计,PCB电路设计使用奥腾Designer10软件,和飞行控制董事会设计成一个正方形。主控制芯片和传感器的态度是位于飞行控制中心的董事会;因此,six-rotor无人机信息容易获得真正的态度,和态度的坐标轴传感器与six-rotor无人机坐标系是重合的。孔侑dF4y2Ba

 3.3。软件设计孔侑dF4y2Ba

基于上述设计、主控制无人机飞行控制系统软件进行编程MDK开发环境下使用STM32系列芯片,和主程序的设计完成的整体功能通过中断嵌套。项目的核心是三个中断(200 Hz, 50赫兹,和10 Hz)是由计时器设置在主循环,即扫描远程控制命令,态度传感器数据更新一次,更新电机控制一旦实现控制。孔侑dF4y2Ba

飞行控制系统初始化后,首先,远程控制得到的原始数据,油门是添加到数据处理来获得期望的姿态角。同时,无人机的实时姿态角是获得使用态度解决方案三轴加速度和角速度算法获得传感器的态度;然后,所需的实时姿态角和姿态角输入一个PID控制器操作获得PID输出的三个姿态角。控制电机的控制流在ESC输入如图孔侑dF4y2Ba 7孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

飞行控制系统流程图。孔侑dF4y2Ba

飞行控制系统设计摘要获得准确的态度信息通过six-rotor无人机的姿态计算软件使用马赫尼互补滤波算法。计算如图的态度孔侑dF4y2Ba 8孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

计算的态度。孔侑dF4y2Ba

首先,低通滤波和归一化的加速度输出MUP6050陀螺仪进行获得单位加速度。第二,四个元素从地理坐标系到身体坐标系统转换成方向余弦矩阵;然后,重力向量之间的向量积操作(孔侑dF4y2Ba 斧头孔侑dF4y2Ba,孔侑dF4y2Ba 唉孔侑dF4y2Ba,孔侑dF4y2Ba 阿兹孔侑dF4y2Ba)对身体由加速度计测量坐标系统和重力向量(孔侑dF4y2Ba vx孔侑dF4y2Ba,孔侑dF4y2Ba v孔侑dF4y2Ba,孔侑dF4y2Ba vz孔侑dF4y2Ba)计算获得的态度进行错误(孔侑dF4y2Ba 前女友孔侑dF4y2Ba,孔侑dF4y2Ba 莎莉孔侑dF4y2Ba,孔侑dF4y2Ba 易之孔侑dF4y2Ba两者之间),用作PI-modified得到修改后的角速度陀螺的偏见(孔侑dF4y2Ba gx孔侑dF4y2Ba,孔侑dF4y2Ba 孔侑孔侑dF4y2Ba,孔侑dF4y2Ba 广州孔侑dF4y2Ba)。最后,使用一阶龙格-库塔方法求解四元数微分方程得到四元数和四元数转化为欧拉角。孔侑dF4y2Ba

摘要姿态控制算法采用了双闭环PID姿态控制器,如图孔侑dF4y2Ba 9孔侑dF4y2Ba。这部分的主要功能主要是读取传感器数据解决方案和控制的态度。这个设计采用软解的姿势,和数据读取广告(模拟到数字的转换)加速度计和陀螺仪的价值观;校准后,过滤和修正的数据,这三个欧拉角轴通过融合四种元素。然而,加速度传感器获得的数据是容易变形,导致错误的姿态角计算通过的态度。很难对系统稳定运行时只使用一个循环,因此角速度增加了内循环,这是通过数据采集陀螺仪的输出。通过陀螺仪的数据通常是免费的从外部影响,抗干扰能力强;此外,角速度敏感的变化,从外部扰动及其快速复苏增强系统的鲁棒性。孔侑dF4y2Ba

控制器的态度。孔侑dF4y2Ba

six-rotor无人机三维坐标(孔侑dF4y2Ba x孔侑dF4y2Ba,孔侑dF4y2Ba y孔侑dF4y2Ba空气中,z),它要求两个维度留在空气中。第一个维度是水平方向(孔侑dF4y2Ba x孔侑dF4y2Ba,孔侑dF4y2Ba y孔侑dF4y2Ba,0)的six-rotor无人机不能前后或左右移动,和第二个维度是垂直方向(0,0,孔侑dF4y2Ba z孔侑dF4y2Ba)six-rotor无人机不能耗尽的高度。有不同的技术解决方案这两个维度。在水平方向,确定six-rotor无人机的位置,通常使用GPS定位;在垂直方向,高度决定使用压力表。所需six-rotor无人机能和空气中的绝对坐标来实现定位,本文中采用的晴雨表MS5611,高精密气压计,它可以实现孔侑dF4y2Ba z孔侑dF4y2Ba设在定位在空中。在孔侑dF4y2Ba z孔侑dF4y2Ba设在,首先,压力传感器收集到的压力计算和修正;其次,准确的压力是通过二阶温度补偿;最后,获得了相对的起飞点的绝对高度使用转换公式。因为压力传感器的准确性MS5611 10厘米,有必要把加速度计互补滤波器获得适当的高度,孔侑dF4y2Ba z孔侑dF4y2Ba设在速度和加速度。在这个设计中,高度双环PID控制器成立与高度作为内环,外环和速度和高度的孔侑dF4y2Ba z孔侑dF4y2Ba设在是通过调节节流阀的输出。在图所示的位置控制器孔侑dF4y2Ba 10孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

位置控制器。孔侑dF4y2Ba

 4所示。气象要素探测系统的设计孔侑dF4y2Ba

目前,大气边界层的基本气象要素的检测包括温度、湿度、压力、风速、风向和降水。降水量一般用雨测量玻璃和量杯,静态测量,而风速和风向的测量受six-rotor无人机的转子风力的影响很大。因此,在本文中,一个气象要素探测系统设计基于气象检测的实际需求,和三个要素(温度、湿度和压力)以及海拔和纬度和经度测量。系统结构如图孔侑dF4y2Ba 11孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

气象要素探测系统结构图。孔侑dF4y2Ba

 4.1。电路设计孔侑dF4y2Ba

硬件电路是整个检测的基础平台,和它的设计需要考虑很多方面,包括工作环境和组件模型的选择,只有整个硬件电路的合理设计可以完成硬件系统的检测平台的工作。用模块化电路设计方法被采用,通过放置网络标签连接电路,整个电路很简单,直观,可读性,如图孔侑dF4y2Ba 12孔侑dF4y2Ba。气象要素的电路板检测系统设计的气象要素传感器的位置,以确保一个安全的气象要素的位置传感器,和广场设计PCB电路板主要是最低的角落的记忆卡的预留槽的位置,如图孔侑dF4y2Ba 13孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

检测系统电路。孔侑dF4y2Ba

PCB布线图。孔侑dF4y2Ba

气象要素检测系统电路包括控制器电路、复位电路、晶体振荡电路、启动设置电路,电源电路,AM2320电路、BMP180电路、GPS接口电路、SD卡存储电路和USB串口转换电路。其中,USB串口转换电路多路复用功能,可用于程序flash港口或无线数据传输模块接口。孔侑dF4y2Ba

 4.2。程序设计孔侑dF4y2Ba

气象要素检测系统电路包括温度和湿度采集、压力收购,收购和地理坐标。气象要素检测传感器的通信方式是如下:温度和湿度是通过单总线传输,压力传播通过I2C、海拔、纬度和经度,北京时间是通过串口传输。程序设计包括销配置,通信接口初始化、数据格式转换、数据处理和数据存储。程序流程如图孔侑dF4y2Ba 14孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

程序设计流程图。孔侑dF4y2Ba

温度和湿度与AM2320传感器获得。在沟通过程中,数据总线被推倒18从控制器女士和AM2320传感器从睡眠模式转换到高速模式和响应信号发送后等待开始信号从控制器结束;这40位数据总线的数据发送,之后触发一次信息采集,信息收集结束后,AM2320传感器自动进入睡眠模式,等待下一个沟通。通信过程如图孔侑dF4y2Ba (15日)孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

(一)温度和湿度的收藏。(b)集合的压力。(c)海拔、纬度和经度。孔侑dF4y2Ba

BMP180压力传感器的压力获得通过I2C和沟通。当BMP180压力传感器开始工作,它读取数据的压力传感器的I2C接口控制器,然后对这些数据进行了温度补偿,最后获得高精度的压力。通信过程如图孔侑dF4y2Ba 15 (b)孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

至于地理坐标采集、海拔、纬度和经度与NEO-6M GPS传感器获得,然后解码通过n mea基地。数据通信串口2 (USART2) STM32F103VET6控制器通过串行端口和发送到内存STM32F103VET6控制器外围(串口2)通过直接内存访问(DMA)。通信过程如图孔侑dF4y2Ba 15 (c)孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

摘要气象元素检测系统设计,和三个要素(温度、湿度和压力)和高程,纬度和经度的收集和保存在SD卡控制器。与此同时,数据发送到主机的气象要素检测系统通过无线数据传输模块实时显示。孔侑dF4y2Ba

 4.3。主机软件的设计孔侑dF4y2Ba

的核心任务的主机电脑软件气象要素探测系统设计摘要显示,过程,和存储数据,如图孔侑dF4y2Ba 16孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

主机软件。孔侑dF4y2Ba

主机计算机软件与气象要素检测系统通过无线数据传输模块,这是方便气象要素的数据传输。除了操作系统,没有需要配置其他软件环境。这个主机是使用Visual Basic编写,包括串口的接口参数设置、实时数据显示、时间数据,历史数据查询,及各种功能键,可实现接收和显示气象要素的功能。孔侑dF4y2Ba

主机软件和气象要素的数据检测系统通过串口传输;在连接模式,无线数据传输模块的发射端与气象要素探测系统,和接收终端与地面连接的电脑终端(计算机)和数据发送到主机的实时显示气象要素检测系统通过串口无线数据传输模块之间的通信。气象元素检测系统进行传输数据的通信协议的设计,包括帧头、数据长度、数据块,检查,和帧尾,以确保数据的完整性。协议规则如表所示孔侑dF4y2Ba 1孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

帧格式。孔侑dF4y2Ba

解释孔侑dF4y2Ba 代码孔侑dF4y2Ba 字节孔侑dF4y2Ba
帧头孔侑dF4y2Ba 0 x45 x7e 0 xbb, 0孔侑dF4y2Ba 3孔侑dF4y2Ba
数据长度孔侑dF4y2Ba 0 x02孔侑dF4y2Ba 2孔侑dF4y2Ba
数据块孔侑dF4y2Ba 0 x23 0 x45孔侑dF4y2Ba 0 ~ 255孔侑dF4y2Ba
检查孔侑dF4y2Ba 总和孔侑dF4y2Ba 1孔侑dF4y2Ba
帧尾孔侑dF4y2Ba 0 x0d孔侑dF4y2Ba 1孔侑dF4y2Ba
5。建立完整的Six-Rotor无人机孔侑dF4y2Ba

six-rotor无人机模型的构建是正常运行的前提,和功能需求可以实现通过焊接、调试,最后检查功能,各种指标的完成six-rotor无人机。six-rotor无人机的飞行控制董事会是图所示孔侑dF4y2Ba (17日)孔侑dF4y2Ba的气象要素检测板six-rotor无人机图所示孔侑dF4y2Ba 17 (b)孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

(一)飞行控制董事会。(b)检测。孔侑dF4y2Ba

在本文中,通过硬件和软件调试,检测系统是气象要素six-rotor无人机平台上实现大气边界层气象要素的集合,如温度、相对湿度、压力、海拔、纬度和经度,当前时间,和收集的数据都保存在SD卡;与此同时,数据发送到主机的气象要素检测系统通过无线数据传输模块实时显示。在试飞实验中,six-rotor无人机平台维护稳定飞行,并收集和储存的气象要素气象元素检测系统以及实时显示在主机被意识到,如图孔侑dF4y2Ba 18孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

(一)six-rotor无人机模型。(b)试飞实验。孔侑dF4y2Ba

我们可以看到从飞行波形图孔侑dF4y2Ba 19孔侑dF4y2Ba,six-rotor无人机平台携带气象要素检测系统显示在飞行姿态角的小波动,这是约0.4°,证明本文six-rotor无人机飞行控制平台设计能很好效果。孔侑dF4y2Ba

飞行姿态角。注意:孔侑dF4y2Ba x孔侑dF4y2Ba设在时间(t / s),孔侑dF4y2Ba y孔侑dF4y2Ba设在角(°/ 1000)。孔侑dF4y2Ba

螺旋角孔侑dF4y2Ba

偏航角孔侑dF4y2Ba

横摇角孔侑dF4y2Ba

 6。实验数据分析孔侑dF4y2Ba

为了确保数据分析的正确性和有效性,首先,不同安装位置的影响的气象要素传感器数据分析的结果进行了分析,然后,发现了气象要素和数据分析six-rotor无人机平台携带气象要素探测系统和戴维斯气象站收集板,并验证了系统的有效性。孔侑dF4y2Ba

6.1。测试的位置安装孔侑dF4y2Ba

目前,这是一个趋势,一个气象要素传感器进行无人机平台上实现检测大气边界层气象要素,从而实现不同区域的检测和研究,但无人机的转子风力有一些影响气象要素传感器的检测精度。由UAV-borne多传感器集成和协调检测已经成为当前和未来工作的主流模式,这是未来的发展趋势。因此,在本章中,基于未来UAV-borne多传感器综合检测,不同的安装位置的UAV-borne多传感器进行了研究,和不同安装位置的影响的气象要素传感器检测的准确性通过许多实验数据进行了分析。孔侑dF4y2Ba

据调查,实验主要对检测数据进行了分析三个不同的安装位置的气象要素探测系统。通过水动力分析,下面的气象要素检测系统安装,以上,10厘米以上的中心板six-rotor无人机框架。这个实验的测试数据在图所示孔侑dF4y2Ba 20.孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

测试曲线。孔侑dF4y2Ba

实验数据选择了在10分钟在实验测试中,测试数据和分析温度、湿度、分别和压力进行。从图可以看出孔侑dF4y2Ba 20.孔侑dF4y2Ba气象要素探测系统时,安装的上方和下方的中心板six-rotor无人机,温度和湿度曲线显示大的波动,和压力曲线显示少量的波动;气象要素检测系统安装时10厘米以上的中心板six-rotor无人机,温度和湿度曲线显示平稳波动和压力曲线显示小波动。孔侑dF4y2Ba

在这项实验中,气象要素检测系统安装时上方和下方的中心板six-rotor无人机,温度和湿度曲线显示大的波动,因为向下的影响转子风力six-rotor无人机的位置上方和下方的中心板six-rotor无人机框架下面是螺旋桨;气象要素检测系统安装时10厘米以上的中心板six-rotor无人机,显示温度和湿度曲线光滑的波动,因为小转子风力的影响six-rotor无人机的位置10厘米以上six-rotor无人机框架的中心板是螺旋桨。因此,气象要素探测系统安装10厘米以上的中心板无人机框架。孔侑dF4y2Ba

 6.2。对比试验孔侑dF4y2Ba

气象要素(如温度、湿度、和压力检测到six-rotor无人机平台携带气象要素传感器和戴维斯气象站收集板,和实验数据在10分钟内选择两组测试数据在实验测试中,如图孔侑dF4y2Ba 21孔侑dF4y2Ba。孔侑dF4y2Ba

测试曲线。孔侑dF4y2Ba

从图可以看出孔侑dF4y2Ba 21孔侑dF4y2Ba、温度和湿度曲线和压力曲线与曲线的趋势一致的戴维斯气象站收集的数据,满足了设计要求。从图可以看出孔侑dF4y2Ba (21日)孔侑dF4y2Ba,温度曲线的气象要素之间的误差检测系统和戴维斯气象站的温度曲线是大约0.5°C,这是符合温度的误差精度。数据孔侑dF4y2Ba 21 (c)孔侑dF4y2Ba和孔侑dF4y2Ba 21日(d)孔侑dF4y2Ba的湿度曲线表明,气象要素探测系统和戴维斯气象站基本上是互相重合。数据孔侑dF4y2Ba 21 (e)孔侑dF4y2Ba和孔侑dF4y2Ba 21 (f)孔侑dF4y2Ba显示压力曲线的气象要素探测系统和戴维斯气象站显示一定的波动和总体趋势是相同的,由于小波动,所以数据都是有效的。孔侑dF4y2Ba

 7所示。结论孔侑dF4y2Ba

在这篇文章中,一个气象要素探测系统进行six-rotor无人机平台上实现收集和分析的大气边界层气象要素。的主要工作总结如下:孔侑dF4y2Ba

根据气象要素的影响检测系统进行了six-rotor无人机和其他负载的稳定性six-rotor无人机,six-rotor无人机的飞行稳定性提高通过优化控制器和位置控制器的态度。孔侑dF4y2Ba

的大气边界层的检测要求,气象元素检测系统是为了实现检测和存储等气象要素的温度、相对湿度、压力、海拔、纬度和经度。针对转子风力的影响检测精度的气象要素检测传感器,安装位置空间高于螺旋桨飞机,和转子风力的影响是最小的。通过大量的实验研究,发现上面的安装位置是10厘米,和传感器精度可以达到:温度精度:△孔侑dF4y2Ba T孔侑dF4y2Ba≤0.5°C;湿度精度:△孔侑dF4y2Ba U孔侑dF4y2Ba≤6 rh %;空气压力精度:0.5 hPa;高度:3 M,确保检测结果的准确性。它揭示了无人机和气象传感器之间位置关系,这是指导系统结构设计具有重要意义。孔侑dF4y2Ba

根据收集到的气象要素,分析了温度、湿度和气压自动气象站数据。温度曲线、湿度曲线,和空气压力曲线符合戴维斯气象站收集的数据的趋势曲线,阐明设计的有效性。孔侑dF4y2Ba

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这项工作是由中国国家自然科学基金支持的项目(51575283和51575283)。孔侑dF4y2Ba

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