一种利用旋翼无人机测算风速的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用旋翼无人机测算风速的方法，包括：获取无人机主体的坐标信息和旋翼飞行的倾角数据；利用获取的坐标信息和飞行角度计算出无人机整体的飞行倾角；建立无人机飞行数据模型，用于观测不同负载、不同型号和不同风向下无人机飞行倾角与飞行速度的关系；根据实验数据建立无人机飞行倾角的风速估算模型。本发明专利技术利用无人机对风速进行检测，削弱天气情况对风速测算的影响，测速过程中使用更加灵活，且无人机能够重复使用，降低风速检测的成本，通过正确的操作过程，能够有效控制风速测算的精度，避免出现较大的误差。

A method of measuring wind speed with rotor UAV

【技术实现步骤摘要】
一种利用旋翼无人机测算风速的方法
本专利技术涉及无人机
，具体为一种利用旋翼无人机测算风速的方法。
技术介绍
随着科技发展及无人机技术的普及，无人机应用的行业越发广泛，包括公安侦查、森林资源调查、森林火灾扑救、电力巡检、抢险救灾、广告宣传等方面。空中风向风速的探测对掌握大气层运动状态具有重要意义，在特定场景下，如森林火灾扑救指挥现场、抗险救灾指挥现场等，风速风向信息的获取，直接影响扑救指挥作战方案；实时掌握风场信息，也是预测天气变化的重要数据支撑，尤其在山谷海拔落差大的小气候环境，掌握风场信息显得风更迫切，然而目前大部分民用无人机都不具备测量风场参数的功能。目前测量高空风速的主要方法包括，风廓线雷达测风、气球法测风和卫星根据云图上云的运动推算出风向和风速；风廓线雷达探测某一特定区域的风场情况虽精度高，但受天气情况影响很大；目前测量小范围风向风速精度最高的方法为气球法测风，但其成本相对昂贵且测量范围小；卫星根据云图上云的运动推算出风向和风速，因云的水平分布和铅直分布都不均匀，所以其测量精度得不到保障。为此，需要设计一种新的技术方案给予解决。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用旋翼无人机测算风速的方法，利用无人机对风速进行检测，削弱天气情况对风速测算的影响，测速过程中使用更加灵活，且无人机能够重复使用，降低风速检测的成本，通过正确的操作过程，能够有效控制风速测算的精度，避免出现较大的误差。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种利用旋翼无人机测算风速的方法，包括：获取无人机主体的坐标信息和旋翼飞行的倾角数据；利用获取的坐标信息和飞行角度计算出无人机整体的飞行倾角；建立无人机飞行数据模型，用于观测不同负载、不同型号和不同风向下无人机飞行倾角与飞行速度的关系；根据实验数据建立无人机飞行倾角的风速估算模型。作为上述技术方案的改进，所述无人机主体的内部装备有RTK定位系统，用以实时监测无人机主体的坐标信息，并控制精度在厘米级。作为上述技术方案的改进，所述无人机旋翼上安装相对于无人机主体方位角测量装备，可以测量出螺旋桨方位角及倾角。作为上述技术方案的改进，所述利用获取的坐标信息和飞行角度计算出无人机整体的飞行倾角，包括：建立旋翼端部螺旋桨的坐标方程，以获取各个螺旋桨相对于无人机主体的坐标信息；根据螺旋桨的坐标和无人机主体的坐标计算出无人机主体的倾角。作为上述技术方案的改进，进一步改进地，所述旋翼端部螺旋桨的坐标方程为：xi＝x+s×cosθiyi＝y+s×sinθizi＝z+s×sinαi其中x,y,z为飞行器主体的坐标，利用RTK定位系统自动获取，xi,yi,zi为各个螺旋桨坐标，s为螺旋桨与主机RTK的距离，θi为方位角，αi为倾角。作为上述技术方案的改进，所述飞行速度具体为：以飞行无人机作为静止参考系，无人机承受的风速，无人机逆风飞行状态为V＝ν机+ν风，无人机顺风飞行状态为V＝ν机-ν风，V模拟无人机匀速飞行状态情境下，以飞行无人机作为静止参考系，无人机承受的风速，ν机为无人机匀速飞行速度，ν风实验过程中实际的风速。作为上述技术方案的改进，所述不同负载具体操作为是否在无人机体下方挂载云台，所述云台的重量为648g。作为上述技术方案的改进，所述无人机包括两种型号，分别为：电机轴距955mm±10mm、最大翼展1412±20mm、标准起飞重量10±0.2Kg的KWT-X6M无人机；电机轴距1600±10mm、最大翼展2323±20mm、标准起飞重量11.5±0.2Kg的KWT-X6L无人机。作为上述技术方案的改进，所述无人机飞行倾角的风速估算模型以KWT-X6M型号无人机为基础，估算模型为：y＝-1.0435+1.1501*x其中y为风速，单位为m/s，x为六旋翼无人机倾角，单位为度，该公式的相关系数为R＝0.9968。一种旋翼无人机，包括无人机主体、旋翼、螺旋桨、支架、RTK定位模块、方位角测量模块和飞行控制器，所述无人机主体的底部固定连接有支架，所述无人机主体的边缘处固定连接有六组均匀分布的旋翼，所述旋翼的端部设有螺旋桨，所述RTK定位模块固定在无人机主体内，所述方位角测量模块固定连接在旋翼的端部，所述RTK定位模块和方位角测量模块分别与飞行控制器相连接。作为上述技术方案的改进，所述旋翼采用上翘机臂的设计，增加无人机飞行过程中的稳定性。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术利用无人机对风速进行检测，削弱天气情况对风速测算的影响，测速过程中使用更加灵活，且无人机能够重复使用，降低风速检测的成本，通过正确的操作过程，能够有效控制风速测算的精度，避免出现较大的误差。2、本专利技术利用无人机飞行过程中的倾角变化，直接估算出当前风场中风速的大小，且估算精度达到90％以上，为风速的实时检测提供了低成本、高效率、高精准度的检测方法，使民用无人机能够进行风速测算。附图说明图1为本专利技术所述利用旋翼无人机测算风速的方法框架示意图；图2为本专利技术所述KWT-X6系列无人机结构示意图；图3为本专利技术所述KWT-X6系列无人机不同条件下飞行速度与飞机倾角的关系示意图；图4为本专利技术所述风速干扰下不同载重无人机与飞机倾角响应关系示意图；图5为本专利技术所述顺逆风干扰与飞机倾角相应关系示意图；图6为本专利技术所述两种系列无人机在风速干扰下与飞机倾角的响应关系示意图；图7为本专利技术所述无人机飞行不同高度在风速干扰下与飞机倾角的响应关系示意图；图8为本专利技术所述无人机倾角测算风速模型精度分析表示意图。图中：无人机主体-1，旋翼-2，螺旋桨-3，支架-4，RTK定位模块-5，方位角测量模块-6，飞行控制器-7。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。请参阅图1-8，本专利技术提供一种技术方案：一种利用旋翼无人机测算风速的方法，包括：获取无人机主体的坐标信息和旋翼飞行的倾角数据；利用获取的坐标信息和飞行角度计算出无人机整体的飞行倾角；建立无人机飞行数据模型，用于观测不同负载、不同型号和不同风向下无人机飞行倾角与飞行速度的关系；根据实验数据建立无人机飞行倾角的风速估算模型。进一步改进地，所述无人机主体的内部装备有RTK定位系统，用以实时监测无人机主体的坐标信息，并控制精度在厘米级，利用RTK定位系统能够对无人机主体的位置进行实时定位，配合飞行控制器，对数据进行传输和记录。进一步改进地，所述无人机旋翼上安装相对于无人机主体方位角测量装备，可以测量出螺旋桨方位角及倾角，在旋翼的端部安装有方位角测量装备，便于各个旋翼飞行时的角度进行监测，从而确定无人机整体的飞行倾角。进一步改进地，所述利用获取的坐标信息和飞行角度计算出无人机整体的飞行倾角，包括：建立旋翼端部螺旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用旋翼无人机测算风速的方法，其特征在于，包括：/n获取无人机主体的坐标信息和旋翼飞行的倾角数据；/n利用获取的坐标信息和飞行角度计算出无人机整体的飞行倾角；/n建立无人机飞行数据模型，用于观测不同负载、不同型号和不同风向下无人机飞行倾角与飞行速度的关系；/n根据实验数据建立无人机飞行倾角的风速估算模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用旋翼无人机测算风速的方法，其特征在于，包括：
获取无人机主体的坐标信息和旋翼飞行的倾角数据；
利用获取的坐标信息和飞行角度计算出无人机整体的飞行倾角；
建立无人机飞行数据模型，用于观测不同负载、不同型号和不同风向下无人机飞行倾角与飞行速度的关系；
根据实验数据建立无人机飞行倾角的风速估算模型。


2.根据权利要求1所述的一种利用旋翼无人机测算风速的方法，其特征在于：所述无人机主体的内部装备有RTK定位系统，用以实时监测无人机主体的坐标信息，并控制精度在厘米级。


3.根据权利要求1所述的一种利用旋翼无人机测算风速的方法，其特征在于：所述无人机旋翼上安装相对于无人机主体方位角测量装备，可以测量出螺旋桨方位角及倾角。


4.根据权利要求1所述的一种利用旋翼无人机测算风速的方法，其特征在于：所述利用获取的坐标信息和飞行角度计算出无人机整体的飞行倾角，包括：建立旋翼端部螺旋桨的坐标方程，以获取各个螺旋桨相对于无人机主体的坐标信息；根据螺旋桨的坐标和无人机主体的坐标计算出无人机主体的倾角。


5.根据权利要求4所述的一种利用旋翼无人机测算风速的方法，其特征在于：进一步改进地，所述旋翼端部螺旋桨的坐标方程为：
xi＝x+s×cosθi
yi＝y+s×sinθi
zi＝z+s×sinαi
其中x,y,z为飞行器主体的坐标，利用RTK定位系统自动获取，xi,yi,zi为各个螺旋桨坐标，s为螺旋桨与主机RTK的距离，θi为方位角，αi为倾角。


6.根据权利要求1所述的一种利用旋翼无人机测算风速的方法，其特征在于：所述飞行速度具体为：以飞行无人机作为静止参考系，无人机承受的风速，无人机逆风飞行状态为V＝ν机+ν风，无人机顺风飞行状态为V＝ν机-ν风，V模拟无人机匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：何诚，舒立福，王越，陈锋，罗元芳，钟成娣，
申请(专利权)人：南京森林警察学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32