Портативная электронная метеостанция, устанавливаемая на платформе БПЛА предназначена для контактных измерений вертикальных профилей температуры воздуха, влажности воздуха и атмосферного давления.
Общий вид экспериментального образца портативной электронной метеостанции, устанавливаемой на БПЛА
Измерения текущих значений метеорологических величин могут производиться как на этапе вертикального подъема БПЛА, так и на этапе его спуска в диапазоне высот атмосферного пограничного слоя от 0 м до 2000 м с пространственным разрешением до 25 м в режиме реального времени. Предусмотрен режим измерения в отдельных «точках зависания» БПЛА, задаваемых оператором. Информация об измеренных значениях метеорологических величин передается в наземный модуль по каналу радиосвязи в режиме реального времени. Вычисления средних, максимальных и минимальных значений метеорологических характеристик за заданный временной интервал производится в наземном модуле. Кроме того, портативная электронная метеостанция на БПЛА может выступать в качестве высотного модуля для реализации трассового метода измерений ветровых характеристик и температуры воздуха.
Тип используемого БПЛА вертолетного типа определялся, исходя из ряда критериев: стоимость, грузоподъемность, допустимая высота полета, длительность полета, обеспеченность навигационным оборудованием, допустимая максимальная скорость бокового ветра. Наиболее оптимальным оказался гексакоптер фирмы DJI модель S900.
Данный гексакоптер имеет простое, интуитивно понятное управление, надежно стабилизирован, быстро и легко собирается из транспортной тары. Высокопроизводительный автопилот автоматически выравнивает корпус по горизонтали, что делает маневрирование БПЛА аккуратным и безопасным. Одной из функций автопилота является удержание позиции гексакоптера в одной точке, что расширяет возможности применения метеостанции. В функции автопилота также входит автоматический возврат гексакоптера в точку старта при потере связи с пультом управления. Дополнительно присутствуют специальные последовательности команд пуска/останова двигателей, которые позволяют избежать ошибок оператора, приводящих к аварии. Имеется световая индикация режимов работы и системных ошибок.
Внешний вид гексакоптера DJI S900
| Функциональный блок | Технические характеристики | Значение |
| Датчик температуры воздуха DS18B20 | диапазон измерения | от −50 до +50 °С |
| погрешность измерения | ±0,2 °С при Т ≤ +30 °С;
±0,3 °С при Т • +30 °С; |
|
| постоянная времени измерения | ХХ | |
| Датчик влажности воздуха HIH-5031 | диапазон измерения | от 15 до 100 {cea9fe5ef8195866a1a6fe467e0478b4e0cb9fd136470fc2cf97ef9afbdedc23}; |
| погрешность измерения | ±2 {cea9fe5ef8195866a1a6fe467e0478b4e0cb9fd136470fc2cf97ef9afbdedc23} при Т • 0 °С;
±5 {cea9fe5ef8195866a1a6fe467e0478b4e0cb9fd136470fc2cf97ef9afbdedc23} при Т • 0 °С; |
|
| постоянная времени измерения | ХХ | |
| Датчик атмосферного давления MPL3115A2 | диапазон измерения | от 520 до 800 мм рт. ст.; |
| погрешность измерения | ±0,5 мм рт. ст. | |
| постоянная времени измерения | ХХ | |
| Блок передачи данных XBee-PRO | Рабочая частота | 2,4 ГГц |
| Скорость передачи | до 250 кбит/с | |
| Дальность передачи (при прямой видимости | До 2500 м |
Портативная ультразвуковая метеостанция на платформе гибридного привязного аэростата К-25М/А предназначена для контактных измерений вертикальных профилей скорости и направления ветра (включая вертикальную его составляющую), температуры воздуха, влажности воздуха и атмосферного давления, а также турбулентных характеристик атмосферы. Кроме того, портативная ультразвуковая метеостанция может выступать в качестве высотного модуля для реализации трассового метода измерений ветровых характеристик и температуры воздуха (рис. 3). Высота подъема аэростата 500 м с полезной нагрузкой 7,6 кг, 1000 м с полезной нагрузкой 6,5 кг, 2000 м с полезной нагрузкой 4,5 кг.
Измерения текущих значений метеорологических величин могут производиться как на этапе вертикального подъема аэростата, так и на этапе его спуска в диапазоне высот атмосферного приземного слоя от 0 м до 1000 м в режиме реального времени. Основным режимом измерений являются измерения в отдельных «точках зависания» аэростата, задаваемых оператором. Информация об измеренных значениях метеорологических величин передается в наземный модуль по каналу радиосвязи. Вычисления средних, максимальных и минимальных значений метеорологических характеристик за заданный временной интервал, а также турбулентных характеристик АПС, производится в наземном модуле.
Автономность работы портативной ультразвуковой метеостанции составляет не менее 120 часов и полностью обеспечивается емкостью элементов питания.
Портативная ультразвуковая метеостанция состоит из двух функциональных модулей: высотного (устанавливаемого на аэростате) и наземного. Высотный модуль включает в свой состав измерительный блок с датчиками метеорологических и турбулентных характеристик атмосферы, передающую часть блока беспроводной передачи данных, элементы питания. Измерительный блок представляет собой ультразвуковую автоматизированную метеорологическую станцию АМК-03, модернизированную для установки на аэростат (АМК-03А). Наземный модуль установлен на базе легкого автомобильного прицепа. В его состав входят приемная часть блока беспроводной передачи данных, блок согласования интерфейсов, контроллер сбора и обработки данных. С целью минимизации аэродинамического и радиационного влияния баллона аэростата на измерения, портативная ультразвуковая метеостанция установлена на подвеске, находящейся на расстоянии 2 м ниже оболочки аэростата.
| Функциональный блок АМК-03А | Технические характеристики | Значение |
| Ультразвуковой термоанемометр УТАМ-75 | диапазон измерения скорости ветра | от 0 до 30 м/с |
| погрешность измерения скорости ветра | ± (0,1 + 0,02 V) м/с | |
| постоянная времени измерения скорости ветра | 2⋅10−4 с | |
| частота измерений мгновенных значений скорости ветра | до 80 Гц | |
| диапазон измерения температуры воздуха | от −50 до +50 °С | |
| погрешность измерения
температуры воздуха |
± 0,3 °C | |
| постоянная времени измерения температуры воздуха | 2⋅10−4 с | |
| частота измерений мгновенных значений температуры воздуха | до 80 Гц | |
| Датчик влажности воздуха HIH-5031 | диапазон измерения | от 15 до 100 {cea9fe5ef8195866a1a6fe467e0478b4e0cb9fd136470fc2cf97ef9afbdedc23}; |
| погрешность измерения | ±2 {cea9fe5ef8195866a1a6fe467e0478b4e0cb9fd136470fc2cf97ef9afbdedc23} при Т • 0 °С;
±5 {cea9fe5ef8195866a1a6fe467e0478b4e0cb9fd136470fc2cf97ef9afbdedc23} при Т • 0 °С; |
|
| постоянная времени измерения | ХХ | |
| Датчик атмосферного давления MPL3115A2 | диапазон измерения | от 520 до 800 мм рт. ст.; |
| погрешность измерения | ±0,5 мм рт. ст. | |
| постоянная времени измерения | ХХ | |
| Блок передачи данных XBee-PRO | Рабочая частота | 2,4 ГГц |
| Скорость передачи | до 250 кбит/с | |
| Дальность передачи (при прямой видимости | До 2500 м |