[发明专利]一种无人机嵌入式大气数据传感系统

说明书

本发明一种无人机嵌入式大气数据传感系统，包括电磁阀、测压管路、绝压传感器、差压传感器和数字信号处理系统；测压管路的一端连接无人机，另一端分为A路和B路，A路测压管直接连接到绝压传感器；B路测压管连接到电磁阀，通过电磁阀再连接差压传感器；数字信号处理系统采集绝压传感器、差压传感器传输过来的信号，对信号进行解算并控制电磁阀的通断。本发明系统测量速度范围广、精度高、效率高和可靠性高。

技术领域

本发明涉及嵌入式大气数据传感系统技术，特别是涉及嵌入式大气数据传感系统设计方法，属于嵌入式大气数据传感技术领域。

背景技术

嵌入式大气数据传感(Flush Air Data Sensing,FADS)系统，依靠压力传感器阵列测量飞行器表面的压力分布，通过特定算法间接获得静压、马赫数、攻角、侧滑角等飞行大气数据。FADS系统是飞行器获取飞行大气数据作为飞行控制输入的主要途径，特别是对于飞翼布局无人机尤为重要。

FADS系统设计主要包括三个方面，求解算法、测压模块和解算机。低速无人机FADS系统设计关键技术难点主要在于算法和测压模块设计，低速无人机系统飞行马赫数通常为0.03～0.8，特别是在低马赫数段(Ma≤0.1)，雷诺数低，流场干扰严重，表面压力准确测量难度大。因此FADS系统设计难度非常大。在低马赫数段，由于动压低，使得无人机表面压力随飞行来流状态变化非常小，要求传感器精度更高才能辨识出压力的变化。而在高马赫数段，动压大且变化范围广，则要求传感器具有更高的量程范围。因此现有的FADS系统兼顾高低马赫数段飞行来流参数测量精度的要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有FADS系统的不足，提出了一种无人机嵌入式大气数据传感系统，满足马赫数0.03～0.8范围的无人机飞行来流大气参数测量。

本发明的技术解决方案是：一种无人机嵌入式大气数据传感系统，包括电磁阀、测压管路、绝压传感器、差压传感器和数字信号处理系统；测压管路的一端连接无人机，另一端分为A路和B路，A路测压管直接连接到绝压传感器；B路测压管连接到电磁阀，通过电磁阀再连接差压传感器；数字信号处理系统采集绝压传感器、差压传感器传输过来的信号，对信号进行解算并控制电磁阀的通断。

所述绝压传感器封装采用“单烟斗”的箱体外形封装形式，所述差压传感器采用“双烟斗”的箱体外形封装形式。

所述绝压传感器9个，传感器量程为±20PSI，精度为0.04％。

所述差压传感器8个，传感器量程为±1PSI，精度为0.1％。

所述数字信号处理系统采用FPGA+DSP构架的数字信号处理系统，由FPGA负责采集传感器信号数据传输到DSP，再利用FADS算法在DSP内进行解算，完成后将数据返回FPGA；FPGA根据马赫数范围判断控制开启或关闭电磁阀。

采用BP神经网络技术和CFD技术，建立基于BP神经网络的FADS求解算法；利用绝压传感器测量的无人机表面压力数据求解获得飞行来流马赫数，并对马赫数Ma的范围进行判断；若马赫数Ma>0.2，则关闭差压传感器测压管路电磁阀门，DSP利用绝压传感器测量的无人机表面压力数据，求解获得飞行来流参数，将数据返回FPGA，并输出飞行来流参数测量结果；若马赫数Ma≤0.2，则开启差压传感器测压管路电磁阀门，DSP利用差压传感器测量的无人机表面压力数据，求解获得飞行来流参数，将数据返回FPGA，并输出飞行来流参数测量结果。

所述飞行来流参数包括马赫数、静压、攻角和侧滑角。

还包括封装箱体，封装后箱体尺寸为38.1mm×38.1mm×43.18mm。

本发明与现有技术相比的优点：