一种机载水文探头无人投放装置及投放方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种机载水文探头无人投放装置和投放方法，所述无人投放装置垂直安装于无人飞行器底部，包括投放装置安装架、探头舱；所述探头舱内设置有电子控制舱、位于电子控制舱两侧的第一步进转轴与第二步进转轴、包裹所述第一步进转轴与所述第二步进转轴的齿轮带、探头容纳空间、探头投放出口，探头容纳空间内平行设置多个探头，所述探头与所述齿轮带转动连接。本发明专利技术提供的探头无人投放装置可以根据多种投放命令而进行探头投放，具有灵敏性和广泛的适应性，能够准确定位探头所需降落的位置，进行精准定位，避免了探头降落不准确所带来的探测水文指标不能够使用、无效的缺陷；可实现不同水文指标探头智能值守、自动化投放，降低人工资源成本。

【技术实现步骤摘要】
一种机载水文探头无人投放装置及投放方法
本专利技术涉及海洋水文探测
，尤其涉及一种机载水文探头无人投放装置及投放方法。
技术介绍
海洋环境监测平台技术主要是指以海洋环境监测为目的，为满足海洋环境监测所需的传感器以及仪器装备工作条件和使用环境而提供的不同平台技术，海洋环境监测平台主要包括岸基台站、浮标、潜标、海床基、水下移动平台、天基和空基、船基等，是实现海洋监测重要保障载体。从20世纪初的岸基台站、船基的初步应用到锚系浮标研制成功，如今潜标、海床基、水下移动平台、天基和空基等技术的发展，目前海洋环境监测平台已成为海洋环境监测的重要保障，大部分平台技术已较为成熟，在海洋环境监测的业务化运行方面发挥着重要作用。在海洋环境监测中，对海洋温度、盐度等多种物理海洋参数的快速、高效、动态采集需求越来越迫切，近些年，有许多单位和机构在各种各样的海洋环境要素监测设备研制上投入了大量的科研力量，但自动化测量仪器主要集中在船载应用领域，对于其他应用途径的设备研制相对较少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以根据不同的水文探测需求，设置搭载多个不同水文指标探测探头、能够准确定位探头所需降落的位置，进行精准定位，避免探头降落不准确所带来的探测水文指标不能够使用、无效的缺陷问题的机载水文探头无人投放装置及投放方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种机载水文探头无人投放装置，所述无人投放装置垂直安装于无人飞行器底部，包括投放装置安装架、探头舱；所述探头舱内设置有电子控制舱、位于所述电子控制舱两侧的第一步进转轴与第二步进转轴、包裹所述第一步进转轴与所述第二步进转轴的齿轮带、探头容纳空间、探头投放出口，所述探头容纳空间内平行设置多个探头，所述探头与所述齿轮带转动连接；所述无人投放装置外设置有带有视觉导航传感器的智能摄像机、内设置有风速传感器、高度传感器、动态倾角传感器，所述动态倾角传感器用以测量俯仰姿态角θ和横滚姿态角所述探头的尾盖与所述探头舱左侧壁铰接，与所述探头舱右侧壁通过卡扣连接。进一步地，所述投放装置安装架为中心对称结构，包括第一安装角(1-1)、第二安装角、第三安装角和第四安装角，所述安装角为直角结构，位于每个直角的两边各设置有一个安装扣，所述安装扣与所述无人飞行器连接。进一步地，所述安装扣与所述无人飞行器固定安装或可拆卸安装。固定安装可以选择螺丝紧固或直接焊接方式，可拆卸安装可以选择卡扣固定方式。进一步地，所述安装架为中心对称X形结构。进一步地，所述安装架中心具有中心镂空圆，所述安装角处具有安装角镂空圆，所述中心镂空圆与所述安装角镂空圆的面积比为(3:1)～(10:1)。进一步地，所述电子控制舱通过无线通信方式或有限通信方式与外部控制装置通信连接，接收所述外部控制装置的投放信号；所述电子控制舱内设置有充电电池。本专利技术还提供一种机载水文探头无人投放方法，包括以下步骤：S1：装填多个探头于机载水文探头无人投放装置探头舱的探头容纳空间内；S2：通过外部控制装置预设输入任务于探头舱内的电子控制舱内；S3：所述无人投放装置通过智能摄像机获取预投放目标图像信息，所述电子控制舱通过传感器进行所在环境的指标感应，进行智能任务值守；S4：所述电子控制舱接收到触发任务信号，触发任务；S5：自动释放所述探头容纳空间内探头投放出口处的探头，所述探头投放出口处探头释放脱落；S6：所述探头尾盖释放丢弃，将探头投放至指定地点，所述探头投放任务标记完成；S7：探头舱内的第一步进转轴与第二步进转轴同时转动，驱动与其齿轮转动连接的下一个探头进入探头投放出口；S8：下一个探头就位，所述电子控制舱继续进行智能任务值守。进一步地，所述S5步骤中所述机载水文探头无人投放装置自动打开位于探头舱右侧壁的卡扣，将探头释放。进一步地，所述电子控制感应到的触发信号为达到投放地点坐标位置、满足预设时间周期或收到外部触发信号中的一种。进一步地，所述S5步骤中的探头释放路线确定方法，包括以下步骤：1)确定所述探头的站心坐标系位置，构建所述探头的站心坐标系定位矩阵[Nobj,Eobj,1]T，公式如下：其中，所述GNE为智能摄像机的参数矩阵，代表摄像机姿态和位置，[u，v，1]T为摄像机的视觉导航传感器测量获得的归一化的均匀像素坐标；2)计算所述智能摄像机的参数矩阵GNE，其中所述为智能摄像机的视觉导航传感器测量的参数，所述pcam为以站心坐标系表示的探头所在中心位置，所述r1为第一列向量，所述r2为第二列向量，所述K为通过标准相机校准算法估计的摄像机的内在参数，所述[u，v，1]T为归一化的均匀像素坐标，所述[Nobj,Eobj,1]T为所述探头的站心坐标系的定位矩阵，λ是分离所述探头所在的站心坐标系定位矩阵[Nobj,Eobj,1]T的标准化齐次坐标所需的比例因子；3)构建所述探头投放路线模型，计算投放目标地理坐标系的位置(x,y,z)：惯性系中所述探头相对于空气的速度Vr的公式为：其中所述矢量x为站心坐标系的北方向位置和速度，所述矢量y为站心坐标系的东方向位置和速度，所述矢量z为站心坐标系的下方向位置和速度；所述vx为无人机的北方向速度，所述vy为无人机的东方向速度，所述vz为无人机的下方向速度；所述wx惯性系中北方向的风速，所述wy惯性系中东方向的风速，所述wz是惯性系中的下方向的风速；所述常数CD为阻力系数，常数m为释放物体的质量，所述常数A为释放物体的面积、所述常数ρ为空气密度和所述常数g为重力引起的标准加速度；4)构建导航路径矢量公式如下：其中所述Vg＝||vx,vy,vz||代表地面速度；所述L1为所述矢量的可调长度，可调长度为无人机与无人机期望路径相交点的距离；所述η为所述矢量和无人机速度矢量之间的夹角；6)计算导航路径期望侧倾角度φd，公式如下：其中，所述θ为无人机的俯仰姿态角；7)计算导航路径期望的倾斜角θd，公式如下：θd＝-c1(γ-γd)+γd+αtrim其中c1为常数，d为无人机位置至探头降落点p的距离，γ为飞行轨迹角，γd为期望飞行轨迹角，αtrim是修正角；其中，γp是无人机绕y轴的旋转角度，Kph和Kih分别为控制器对倾斜角的比例增益和积分增益，Δ是探头释放点至探头降落点p的前方距离，ev是垂直跟踪误差；8)计算导航路径期望动力δthr，公式如下：其中，所述δthr为期望动力，所述δthr,trim为修正角αtrim所需期望动力，所述和所述分别为控制器对所述矢量的速度Va的比例增益和积分增益，即所述为矢量的速度Va与其期望速度之差Va,desired的期望值；所述是使垂直轨道误差ev最小的比例增益；9)无人机的自动驾驶仪使用控制器对侧倾、俯仰和油门动力进行控制，并提供估计的风速以及无人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机载水文探头无人投放装置，所述无人投放装置垂直安装于无人飞行器底部，其特征在于，包括投放装置安装架(1)、探头舱(2)；/n所述探头舱(2)内设置有电子控制舱(2-1)、位于所述电子控制舱(2-1)两侧的第一步进转轴(2-2)与第二步进转轴(2-3)、包裹所述第一步进转轴(2-2)与所述第二步进转轴的齿轮带(2-4)、探头容纳空间(2-5)、探头投放出口(2-6)，所述探头容纳空间(2-5)内平行设置多个探头(2-7)，所述探头(2-7)与所述齿轮带(2-4)转动连接；/n所述无人投放装置外设置有带有视觉导航传感器的智能摄像机、内设置有风速传感器、高度传感器、动态倾角传感器；所述探头(2-6)的尾盖(2-61)与所述探头舱左侧壁(2-8)铰接，与所述探头舱右侧壁(2-9)通过卡扣(2-10)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种机载水文探头无人投放装置，所述无人投放装置垂直安装于无人飞行器底部，其特征在于，包括投放装置安装架(1)、探头舱(2)；
所述探头舱(2)内设置有电子控制舱(2-1)、位于所述电子控制舱(2-1)两侧的第一步进转轴(2-2)与第二步进转轴(2-3)、包裹所述第一步进转轴(2-2)与所述第二步进转轴的齿轮带(2-4)、探头容纳空间(2-5)、探头投放出口(2-6)，所述探头容纳空间(2-5)内平行设置多个探头(2-7)，所述探头(2-7)与所述齿轮带(2-4)转动连接；
所述无人投放装置外设置有带有视觉导航传感器的智能摄像机、内设置有风速传感器、高度传感器、动态倾角传感器；所述探头(2-6)的尾盖(2-61)与所述探头舱左侧壁(2-8)铰接，与所述探头舱右侧壁(2-9)通过卡扣(2-10)连接。


2.根据权利要求1所述的一种机载水文探头无人投放装置，其特征在于，所述投放装置安装架(1)为中心对称结构，包括第一安装角(1-1)、第二安装角(1-2)、第三安装角(1-3)和第四安装角(1-4)，所述安装角为直角结构，位于每个直角的两边各设置有一个安装扣(1-5)，所述安装扣与所述无人飞行器连接。


3.根据权利要求2所述的一种机载水文探头无人投放装置，其特征在于，所述安装扣与所述无人飞行器固定安装或可拆卸安装。


4.根据权利要求1所述的一种机载水文探头无人投放装置，其特征在于，所述安装架为中心对称X形结构。


5.根据权利要求1所述的一种机载水文探头无人投放装置，其特征在于，所述安装架中心具有中心镂空圆，所述安装角处具有安装角镂空圆，所述中心镂空圆与所述安装角镂空圆的面积比为(3:1)～(10:1)。


6.根据权利要求1所述的一种机载水文探头无人投放装置，其特征在于，所述电子控制舱(2-1)通过无线通信方式或有限通信方式与外部控制装置通信连接，接收所述外部控制装置的投放信号；所述电子控制舱(2-1)内设置有充电电池。


7.一种机载水文探头无人投放方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：装填多个探头于机载水文探头无人投放装置探头舱的探头容纳空间内；
S2：通过外部控制装置预设输入任务于探头舱内的电子控制舱内；
S3：所述无人投放装置通过智能摄像机获取预投放目标图像信息，所述电子控制舱通过传感器进行所在环境的指标感应，进行智能任务值守；
S4：所述电子控制舱接收到触发任务信号，触发任务；
S5：自动释放所述探头容纳空间内探头投放出口处的探头，所述探头投放出口处探头释放脱落；
S6：所述探头尾盖释放丢弃，将探头投放至指定地点，所述探头投放任务标记完成；
S7：探头舱内的第一步进转轴与第二步进转轴同时转动，驱动与其齿轮转动连接的下一个探头进入探头投放出口；
S8：下一个探头就位，所述电子控制舱继续进行智能任务值守。


8.根据权利要求7所述的一种机载水文探头无人投放方法，其特征在于，所述S5步骤中所述机载水文探头无人投放装置自动打开位于探头舱右侧壁的卡扣，将探头释放。


9.根据权利要求7所述的一种机载水文探头无人投放方法，其特征在于，所述电子控制感应到的触发信号为达到投放地点坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕冰冰，肖志伟，江峦，陈路，陈新，杨睿，邹功锋，
申请(专利权)人：湖南国天电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43