[发明专利]声学空速传感器和处理技术

说明书

声学空速传感器和处理技术。一种声学空速传感器系统可以包括：至少一个声学发射器，其被配置成提供声学脉冲；多个声学接收器，包括至少第一声学接收器、第二声学接收器和第三声学接收器，每个声学接收器位于距至少一个声学发射器第一径向距离处。第一声学接收器、第二声学接收器和第三声学接收器各自被配置成分别在第一时间、第二时间和第三时间处接收声学脉冲，并分别输出第一接收器信号、第二接收器信号和第三接收器信号。该系统可以包括计算单元，该计算单元可操作地连接到声学接收器并被配置成生成传播函数。计算单元被进一步配置成基于接收器信号和传播函数来确定真实空速。

背景技术

在航空中，空速（airspeed）被定义为航空器相对于周围空气的速度。空速可以被报告为从风速计读取的指示空速（IAS）。空速可以被进一步报告为校准空速（CAS）、等效空速（EAS）和真实空速（TAS），其中的每个都基于初始IAS。空速的准确测量对航空器功能是至关重要的，因为空速影响航空器的升力和阻力。

传统上用于测量航空器中的空速的设备是皮托管探头（pitot probe），即具有两个孔的细长管，当没有出口允许气流继续时，在使移动的空气停止（停滞）时，其间接确定停滞压力。实际上，皮托管探头被放置在航空器的外部上的气流中，其中前孔测量停滞压力，并且侧孔测量静压。然后可以进一步计算停滞压力和静压之间的差异来确定空速。皮托管探头有缺点在于在飞行期间它们可能变得堵塞，特别是被冰堵塞，使得皮托管探头的读数不准确。不准确的皮托管探头读数可能严重削弱飞行员有效驾驶航空器的能力，并可能导致坠机。

除了皮托管探头之外，现代航空器通常使用不同的和/或冗余的方法/设备来测量空速。为此，已经开发了超声波风速计，也称为声学或声波风速计。通常与航空器的外表面齐平或接近齐平设置（built）的这些设备，基于一对或多对换能器之间的声波脉冲的时序来测量航空器速度，因为声脉冲的飞行时间被气流的方向改变。基于超声波风速计读数的空速的粗略计算可以通过测量换能器对的声音传播中的差异来计算。当前，用于确定空速的计算没有准确考虑边界层（即航空器的表面的紧邻附近中的空气的速度），最终降低了空速测量的准确性。因此，期望提供一种避免传统方法的缺点的系统或方法。

发明内容

一种声学空速传感器系统可以包括：至少一个声学发射器，其被配置成提供声学脉冲；多个声学接收器，其至少包括：第一声学接收器，其位于距至少一个声学发射器第一径向距离处；以及第二声学接收器，其位于距至少一个声学发射器第二径向距离处；以及第三声学接收器，其位于距至少一个声学发射器第三距离处。第一声学接收器被配置成在第一时间处接收声学脉冲，并输出第一接收器信号。第二声学接收器被配置成在第二时间处接收声学脉冲，并输出第二接收器信号。第三声学接收器被配置成在第三时间处接收声学脉冲，并输出第三接收器信号。传感器系统可以包括计算单元，其可操作地连接到第一声学接收器、第二声学接收器和第三声学接收器。计算单元被配置成：接收第一接收器信号、第二接收器信号和第三接收器信号，确定在接收第一接收器信号和由声学发射器发射声学脉冲之间的第一传播时间，确定在接收第二接收器信号和由声学发射器发射声学脉冲之间的第二传播时间，接收或确定风角（wind angle），确定在接收第三接收器信号和由声学发射器发射声学脉冲之间的第三传播时间，接收或确定风角，基于第一传播时间、第二传播时间和风角确定空速，并输出指示空速的空速信号。

在系统的一些实施例中，计算单元包括一个或多个传播测量模块，所述传播测量模块可操作地连接到脉冲控制模块和第一声学接收器、第二声学接收器或第三声学接收器中的至少一个。在一些实施例中，脉冲控制模块被可操作地连接到至少一个声学发射器并且被配置成使得至少一个声学发射器在发送时间处发送声学脉冲，其中一个或多个传播测量模块被配置成比较发送时间和第一时间以确定第一传播时间并输出第一传播数据。在一些实施例中，一个或多个传播测量模块被配置成比较发送时间和第二时间以确定第二传播时间并输出第二传播数据，其中一个或多个传播测量模块被配置成比较发送时间和第三时间以确定第三传播时间并输出第三传播数据。