小型无人机大气数据采集系统的设计与实现

ｃ ｎ ｅｔｒ ｗａ ｅ ｉｎ ｄ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔｏ ａａａ ｑ ｉｉ ｏ ｒ ｃ ｓｏ ． ｅ ｃ ｌｅ ｔｏ ｙｓｅ ｗａ ｒ ｖｅ ｏｈ ｖ ｅｇ ｏｄ ｏ ｖ ｒｅ ， ｓｄ ｓｇ ｅ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｆｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔ ｎｐ ｅ ｉｉ ｎＴｈ ｏ ｌｃｉ ｎ ｓ ｔｍ ｓｐ ｏ ｄ ｔ ａ ｅｔ ｏ ｉ ｈ ｄ ｎ ｍｉ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅｉ ｉ ａ ｏ ｌｃｉｎ ａ ｄｐｒ ｃ ｓ ｉｇ ｆ ｒＵＡＶ ｐ ｌｃ ｔｏ ｓ ｙ ａ ｃｐ ｒｏ ｍａ ｃ ａｒｄ ｔ ｃ ｌｅ ｔｏ ｏ ｅ ｓｎ ｎ ａ ｎ ｏ ａ ｐ ｉａｉ ｎ ． Ｋｅ ｙｗｏｒ ｓ ｄ ：ＵＡＶ； ＴＭ Ｓ ３ ０ ２ ２；ｅ ｔ ｙ ｔｍ ｆ ｉ ａ ； ｌｔ ｄ ； ｉ ｐ ｅ ２ Ｆ ８１ ｔｓ ｓｅ ｏ ａ ｄ ｔ ａｔ ｕ ｅ ａｒ ｅ ｄ ｓ ｒ ａ ｉ ｓ
不计 空气压 缩性 ，动压 的大 小完全 取决于 空速 的大 小 。其 关系 式为 ：
Ａｂｓ ｒ ｃ ： Ａｉ ａ ｏｌ ｃ ｉｎ ｉ ｎ ｆｔ ｅｍｏ ｔｉ ｏ ｔｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉｓｆ ｒ ｔ ａ ｔ ｒｄ ｔ ｃ ｌ ｔ ｓｏ ｅｏ ｈ ｓ ａ ｅ ｏ ｍｐ ｒａ ｔｔｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｏ ＵＡＶ’ ｕ ｏ ｉ ｔｓ ｔｍ． ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｅ Ｓａ ｔ ｐ ｌ ｙｓｅ Ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｔ ｏ ｏ
参数 的测量 是现代 化飞 行 中必 不可 少 的一项工 作 ，
２ 系统 工 作 原 理
完 整 的 大 气 数据 检 测 系统 一 般 包 括 ：输 入静 压 、 总压 （ 动压 ） 或 、气 压修 正信 号 、指 示仰 角和 静压 Hale Waihona Puke Baidu误 差修 正信 号 ；输 出气 压高度 、气压 修正 高
Ｗ ＡＮ Ｇ ｎ ， Ｕ ｅ， ＡＮＧ ａ Ｙａ ｇ ＬＩ Ｗ ｉ Ｗ Ｃｈ ｏ
（ｃｏ ｌ ｆｎｔ ｍｅｔ ｉ ｃ ｎ ｅ Ｏ ｔ ｌ ｔ ｎｃ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｂ Ａ ， ｅ ｉ ０ １ １ ｈ ａ Ｓ ｈ ｏ ｏ Ｉｓ ｕ ｎ ｔ ｎＳｉ ｃ ＆ ｐｏ ｅ ｒ ｉｓ ｇｎｅｉ ， Ｕ Ａ Ｂ ｉｎ １０ ９ ， ｉ ） ｒ ａｏ ｅ ｅ ｃｏ Ｅ ｎ ｊｇ Ｃ ｎ
［ 中图分 类号］Ｐ ７＋ ［ Ｔ ２ ４ ２文献标 识码 】 文 章编号］０６１１ （００ １００ ．５ Ａ［ １０ —４Ｘ ２ １ ）０．０ ７０
Ｄ ｅ ｉ ｎ ａ ｍ ｐ ｅ ｅ ｔ ｔｏ ｆ ｒＤ ａ ａＣｏｌｃ ｉ ｎ Ｓ ｓｅ ｏ ｓｇ ｎｄＩ ｌｍ ｎ ａ ｉ ｎ ｏ ｔ ｌｅ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｆ ｒ Ａｉ Ｓ ａｌ ｍ ｌ ＵＡＶ
ｔ ｅ ｕ ｒｍ ｅ ｔｏ ｈ ｅＵ ＡＶ ’ ｉｈ ｉｓｏ ｓ ａｌａｒｄ ｔ ｙ ｔｍ ， ｉｈｕｓ ｄＴＭ Ｓ ３ ０ ８１ ｒ ｃ ｓ ｏ ｎ ２ｂｉ Ａ／ ｈｅｒ ｑ ｉｅ ｎ ｆｔ Ｓｆ ｇ ｔｍ ｓｉ ｎ ， ｌ ｉ ａ ｓ ｓｅ ｗｈ ｃ ｅ ｌ ａ ２ Ｆ２ ２ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒａ ｄ １ － ｔ Ｄ
航 空 电 子 技 术
Ａ Ｉ ＮＩ Ｓ Ｔ Ｃ ＮＯ Ｏ Ｖ Ｏ Ｃ Ｅ Ｈ Ｌ ＧＹ
度、气压高度变化率、高度偏差信号、指示空速、 真空速 、大气总 温等信 号［。根据 小型 无人机 的任
务需求 ，本 系统通 过输 入大气静 压和 大气动压 来输
出指示 空速和 气压 高度 。 ２１ 气压 高度测 量原理 ．
的应 用价值 。无人机 的 飞行控 制系统 大致包 括 飞行
控制 计算机 、航 向罗盘 、Ｉ ＭＵ 测量 系统 、ＧＰ Ｓ定 位
究， 使得最终所测得的气压高度误差精度在 ２ ｍ， ～３
空速 精度 在 ２ ｓ ～３ｍ／，具有 极高 的应用价值 。
装置 和大气 数据采 集系 统等 。其 中，大 气数据 各种
设计 了基于大气数据采 集的 高度 、空速检测 系统。该 系统以 Ｔ ３ ０ ２ １ 为核心 ， ＭＳ ２ Ｆ ８ ２ 采用 高精度 Ａ Ｄ转换 器 （ ２ ／ １ 位 ） 高测量精度 ，对于提 高无人机 大气数据检测的动态性能具有较 高的应用价值。 提 ［ 关键 词］ 小型无人机；Ｔ ３ ０ ２ １ ；大气数据采集 系统；高度 ；空速 ＭＳ ２ Ｆ ８ ２
小型无人机大气数据采集系统的设计 与实现
王洋等
２１ ０ ０年 ３月第 ４ 卷第 １ （ １ 期 总第 １８ ３ 期）
小型无人机 大气数据采集系统 的设计 与实现
王 洋，刘 伟 ，王 超
（ 北京航空航天大学仪器科 学与光 电工程学 院，北京 １０ ９ ） ０ １ １
［ 摘
要 ］ 大气数据采集是 小型无人机 自 飞行控制 系统的关键技 术之 一。根据小型无人机 的飞行任务需求， 动
１ 引言
随着科 学技术 的发展 ，无 人机在 世 界各 国得 到
广 泛研 究和发 展 ，在 军 事和 民用两方 面都 具有重 要
飞行 的安全 【。为 了满 足 小型无 人机 对大气 数据 检 ｌ Ｊ 测装 置微型 化 、高精度 、高实 时性 的要求， 采用 本文
基 于 Ｔ ３ ０２ ＭＳ ２ Ｆ ８ ２及 Ａ ８ ８的大气 数据采 集系 １ Ｄ７ ５ 统 ，从原 理上对 系统 的软硬件 设计 进行 了分析和研
它 为 飞 行控 制 系 统 和 导航 系 统 等 提 供 所 需 的 实时
大气 数据信 息 ，其性 能不仅 直接 关系到 对大气 数据
的准 确检测和 指示 ，而且还 影 响飞行任 务 的完 成及
基金 项 目：９ ５工程 项 目（｝ ９ ５ ２ ｌ） 助 ８ ＢＬ ８ — 一 ５ 资 Ａ
Ｍａｃ ００Ｖ １ １ ．（ｅ ａＮｏ１ ８ ｒｈ １ ｏ． １ ｓｒ ｌ ． ） ２ ４ Ｎｏ ｉ ３