[发明专利]一种高精度与高稳定性的气压测高系统

权利要求书

1.一种高精度与高稳定性的气压测高系统，其特征在于，包括有传感器模块、主控模块和显示模块，

传感器模块用于获取无人机在待测点时的模拟参数，模拟参数为传感器模块在待测点时的频率变化值和电压输出值，通过频率变化值确定初步气压值，通过电压输出值确定初步温度值；

主控模块用于将模拟参数进行处理，通过温度补偿后得到标准气压值，结合已测定参考点的气压值和温度值关系序列，计算得到待测点的高度；

主控模块通过无线通信将待测点高度发送至显示模块；

其中，通过等精度测频法来测量频率变化值：选用FPGA系统时钟，当检测到待测频率的上升沿后，系统时钟与待测频率同时开始计数，当待测频率经过了N个周期后，系统时钟相应也经过了n个周期，由于系统时钟频率是已知的，由此计算出待测频率的周期，计算如式(1)所示：

由式(1)计算出待测频率F(Hz)为：

式中，T为待测频率的周期，N为待测频率的计数个数，S为系统时钟频率(Hz)，n为系统时钟的计数个数；

传感器模块为硅谐振式压力传感器，硅谐振式压力传感器的输出端分别与主控模块上的频率采集模块和电压采集模块连接；为了使系统尽量接近于一秒中测量两次数据，将硅谐振式压力传感器的待测频率范围分别带入式(2)的待测频率F中，则最终计算式为式(3)：

其中，FPGA系统时钟为50MHz，硅谐振式压力传感器的待测频率范围限定于25kHz-35kHz范围内，频率检测精度达到1/50MHz。

2.根据权利要求1所述的一种高精度与高稳定性的气压测高系统，其特征在于，所述频率采集模块和电压采集模块的输出端分别与主控模块上的数据处理模块连接，通过数据处理模块对转化后的模拟参数进行处理，数据处理模块内预存有已测定参考点的气压值和温度值关系序列。

3.根据权利要求2所述的一种高精度与高稳定性的气压测高系统，其特征在于，所述待测点高度h的计算公式为，

式中，T_m可由待测点温度值与参考点温度值的进行平均得到，单位为℃，R_d取常数287.05J/(kg·K)，g取常数9.8m/s²，P为待测点的大气压强，单位为Pa；P₀为参考点的大气压强，单位为Pa；h为待测点的海拔高度值，单位m；h₀为参考点的海拔高度值，单位为m。

4.根据权利要求1所述的一种高精度与高稳定性的气压测高系统，其特征在于，补偿后的气压值计算过程，包括下列内容：

步骤S1：通过硅谐振式压力传感器测量不同高度实验点的频率输出和电压输出，硅谐振式压力传感器上设置有温度传感器；

步骤S2：通过多组数据，计算得到气压值为，

Pressure＝∑_i∑_jK_ij·xⁱ·yⁱ

式中，Pressure为在绝压下的气压值，单位为kPa；K_ij为每支传感器对应的系数补偿表；i取0～4，j取0～3；x＝传感器频率输出-x′，y＝传感器电压输出-y′，

步骤S3：通过标定建立硅谐振式压力传感器系数补偿表，通过得到待测点的补偿气压值P为，

P＝∑_i∑_jK_ij·xⁱ·yⁱ

P为待测点的大气压强，单位为Pa，x′、y′为该硅谐振式压力传感器补偿系数值，x′、y′为常数。

5.根据权利要求2所述的一种高精度与高稳定性的气压测高系统，其特征在于，所述频率采集模块为FPGA Spartan6 xc6slx16及74LVC245构成，74LVC245为8位总线收发器。

6.根据权利要求5所述的一种高精度与高稳定性的气压测高系统，其特征在于，所述数据处理模块采用STM32F407ZET6。