[发明专利]一种翼伞空降情境下自适应风速风向检测系统和方法

权利要求书

1.一种翼伞空降情境下自适应风速风向检测方法，该方法基于一种自适应风速风向检测系统，该系统包括伞兵头盔、超声波风速仪、可旋转式穿戴平台、GPS天线和信息处理模块，所述超声波风速仪、可旋转式穿戴平台、GPS天线分别通过串口与信息处理模块连接，所述超声波风速仪通过可旋转式穿戴平台安装在伞兵头盔上，所述超声波风速仪包括第一组换能器探头和第二组换能器探头，所述第一组换能器探头包括组成第一维测量通道的第一发射换能器和第一接收换能器，所述第二组换能器探头包括组成第二维测量通道的第二发射换能器和第二接收换能器，所述第一维测量通道与第二维测量通道相互垂直；

其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)利用超声波风速仪和可旋转式穿戴平台进行零点在线校准；

(2)对超声波风速仪进行主风向校准：

首先估计测量区域的主风方向，然后通过可旋转式穿戴平台调整超声波风速仪的方向，将超声波风速仪量程的中间值调整至主风方向，从而减少风向角的瞬变；

(3)将风速瞬变现象看作是湍流风的作用，根据GPS天线采集的GPS信息解算出湍流风场信息；该步骤的具体过程如下：

(3a)将惯性坐标系的原点与风坐标系的原点位置重合于超声波风速仪标定原点处，惯性坐标系三轴指向与大地坐标系三轴指向平行；

(3b)将由超声波风速仪测量的风坐标系下的平均风x、y轴分量V_f,X、V_f,Y转换为惯性坐标系下的平均风x、y轴分量V_c,x、V_c,y；

(3c)通过GPS天线采集GPS信息，得到空速V₀以及第i时间段翼伞系统的x、y轴分量的速度根据下式计算出湍流风的x、y轴分量V_t,x、V_t,y：

上式中，ψ_i表示第i时间段翼伞系统的偏航角。

2.根据权利要求1所述翼伞空降情境下自适应风速风向检测方法，其特征在于，步骤(1)的具体过程如下：

(1a)分别测量得到第一维测量通道和第二维测量通道内的风速值V₀₁与V₀₂，并将V₀₁与V₀₂通过矢量相加的方式计算得到当前周围环境的风速值V₀₀；

(1b)通过转动可旋转式穿戴平台调整第一维测量通道和第二维测量通道中的某一维测量通道的矢量方向，将其调整至与当前风向的矢量方向相平行，从而第一次分别测量并储存与当前风向矢量方向相垂直的测量通道的风速值V₁₁、与当前风向矢量方向相平行的测量通道内的风速值V₁₂；

(1c)第二次转动可旋转式穿戴平台，将与当前风向矢量方向相垂直的测量通道调整至矢量方向与当前风向的矢量方向平行，从而第二次测量并储存与当前风向矢量方向相垂直的测量通道的风速值V₂₁、与当前风向矢量方向相平行的测量通道的风速值V₂₂；第三次转动可旋转式穿戴平台，使得第一维测量通道和第二维测量通道回复到最初的矢量方向；

(1d)信息处理模块将风速值V₁₂、风速值V₂₂分别与风速值V₀₀比较，如果风速值V₁₂、风速值V₂₂分别与风速值V₀₀的差异率均不大于设置值A时，则说明前述第一次测量和第二次测量时，周围环境的当前风速和风向均未发生明显变化，此时垂直于当前风向的矢量方向内风速被认为是零，将风速值V₁₁和风速值V₂₁分别作为其对应测量通道的零点值，更新并存储在信息处理模块内；如果风速值V₁₂和/或风速值V₂₂与风速值V₀₀的差异率超过了A，则说明前述第一次测量或第二次测量时，周围环境的当前风速和风向已经发生了明显的变化，此时垂直于当前风向的矢量方向内风速不可以被认为是零，需要重复步骤(1a)至(1c)，直至风速值V₁₂、风速值V₂₂分别与风速值V₀₀的差异率均不大于A为止，从而确定零点值。