DMT/Aventech Research公司AIMMS-20機載氣象測量系統(tǒng)

  Droplet Measurement Technologies (DMT)/Aventech Research公司AIMMS-20采用智能傳感器模塊使用控制器局域網（CAN）組合在一起，形成飛機綜合氣象測量系統(tǒng)（AIMMS-20），該系統(tǒng)以高達20Hz的速率（溫度、濕度、風）提供**的實時氣象數據。至少四個模塊組合在一起形成AIMMS-20系統(tǒng)：慣性測量單元模塊（IMU），以40Hz的頻率提供六自由度速率數據；GPS相位模塊，其處理來自兩個天線的衛(wèi)星導航信號；空氣數據探頭（ADP），用于測量溫度、濕度、大氣壓和飛機相對流矢量；以及中央處理模塊（CPM），用于處理GPS數據、慣性信號和大氣數據信息，這些數據在組合時會產生準確的風數據。

  Droplet Measurement Technologies (DMT)/Aventech Research公司AIMMS-20是一個完全集成的氣象系統(tǒng)，能夠測量大氣溫度、濕度、三維風和湍流。主要的挑戰(zhàn)是**測量三維風。AIMMS-20基本上由兩個主要子系統(tǒng)組成，一個大氣數據子系統(tǒng)（探測器）和一個慣性姿態(tài)子系統(tǒng)。大氣數據探頭（AIMMS-20 ADP、AIMMS-30 ADP、ARIM200、ARIM31等）由一個五孔探頭組成，用于**測量相對于飛機的三維流矢量。該探頭還具有測量大氣溫度和濕度的能力，這允許對密度進行大氣校正，以準確確定機身的真實空速（TAS）。然后，可以從三維流矢量中減去TAS，以獲得飛機參考系中的三維風矢量。這里的挑戰(zhàn)是擁有足夠**的測量值，以從大型組合TAS+風分量中提取非常小的風分量。
一旦在飛機固定參考系中獲取了風矢量，問題的**部分就是將其轉換為地球固定參考系。為此，我們利用了自己的慣性/GPS姿態(tài)系統(tǒng)。AIMMS-20模塊之一是一個六自由度IMU，包含三個速率傳感器（陀螺儀）和三個加速計。由于上述傳感器是基于MEMS的較便宜的傳感器，因此它們的動態(tài)響應非常好，但它們的長期穩(wěn)定性并不好，即它們會漂移。**個模塊是GPS相位模塊，包含兩個連接到兩個天線的GPS接收器，這兩個天線安裝在飛機上的翼尖到翼尖（橫向）或前后（縱向），這是一個GPS載波相位系統(tǒng)，能夠提供連接兩個天線基線的高精度、**直流穩(wěn)定的方向（姿態(tài)）。第三個模塊基本上是一個處理模塊，包含一個數字信號控制器/處理器（DSC/DSP），運行我們開發(fā)的擴展卡爾曼濾波器（EKF）算法，將IMU的動態(tài)姿態(tài)信息與載波相位系統(tǒng)的DC穩(wěn)定姿態(tài)信息*佳地結合起來。然后，第三個中央處理模塊（CPM）制定風向，并將所有測量的參數通過串行端口廣播出去。
這三個模塊*終將被我們目前開發(fā)的Vectrax-10系統(tǒng)所取代，該系統(tǒng)將于下個月**交付（見隨附的規(guī)格表）。Vectrax-10基本上將三個舊模塊整合到一個更小的單元中，該單元配備了*新的GPS接收器和MEMS傳感器。

空中噴灑過程中存在的當地氣象條件（溫度、濕度、風和湍流）決定了噴霧的沉積和漂移方式。了解這些條件可以使涂布機優(yōu)化噴霧沉積，*大限度地減少偏離目標的漂移，并記錄現(xiàn)有條件，以證明在涂布過程中進行了盡職調查。AIMMS-20AG提供了通過機載GPS導航系統(tǒng)集成實時準確測量和提供這些條件所需的先進技術，或在飛行后通過數據日志下載提供這些條件。此外，AIMMS-20AG LVM（負載和振動監(jiān)測器）功能允許操作員監(jiān)測機身負載和振動，以幫助防止因疲勞而出現(xiàn)機身維修問題。
先進的機載風測量技術考慮到飛機正在移動許多物體，在機載平臺上進行**的風測量是一個具有挑戰(zhàn)性的問題
比被測風速快幾倍。因此，感興趣的風信號只是測量的空氣運動數據的一小部分，它主要由飛機本身的動態(tài)運動決定。
為了確保符合標簽風速規(guī)定，需要精度優(yōu)于1節(jié)的**風力測量。這需要獲得優(yōu)于0.7節(jié)精度的真實空速，優(yōu)于0.1度精度的流向（側滑），以及優(yōu)于0.2度精度的真實航向。AIMMS-20AG是目前市場上**提供這種性能水平的系統(tǒng)。
我目前還沒有為FTK100現(xiàn)場測試套件編寫技術規(guī)格表，但我附上了一份操作手冊。操作手冊中所示的校準配件適用于我們較小的ARIM320產品。ARIM200的配件更大，但相似。
迄今為止，我們通常支持遠程或現(xiàn)場校準過程（現(xiàn)場支持的額外費用）?？蛻敉ǔ?zhí)行一組預定義的校準飛行操作（航向、TAS、偏航和軌道），同時使用他們自己的數據采集系統(tǒng)通過串行端口或直接從CAN總線記錄系統(tǒng)的所有原始傳感器數據，或者使用我們的ODMS數據記錄器將CAN總線的所有原始數據直接傳輸到USB驅動器上。然后，他們向我們發(fā)送數據文件，我們對其進行后處理，并在我們的內部軟件上運行校準分析。我們目前不銷售該軟件，因為它不是為了非常用戶友好而編寫的，但可能會在將來進行升級。然后，客戶使用系統(tǒng)提供的aimcfg PC軟件實用程序將我們提供的校準系數輸入/編程到系統(tǒng)中，之后系統(tǒng)能夠實時提供校正的測量值。
非常幸運的是，我們的一位客戶要求更準確的“TAS”吊桿。當飛機在云層中飛行時，TAS會有很大的誤差。云中的空氣密度不同于傳統(tǒng)方法的計算。我們會向客戶推薦它。

DMT/Aventech Research公司AIMMS-20機載氣象測量系統(tǒng)組成部分

五孔大氣數據探頭（ADP）：ADP**測量三維飛機相對流矢量（真實空速、迎角和側滑）、溫度和相對濕度。溫度和相對濕度傳感器安裝在探頭后部的專用逆流室中，該室保護它們免受顆粒污染，從而延長了它們的使用壽命。此外，模塊中還集成了一個三軸加速計包以便于直接湍流測量。

慣性測量單元（IMU）：AIMMS-20慣性模塊是一個全六自由度IMU，包含三個速率陀螺儀和三個加速度計。角速率和加速度每秒廣播40次，以便在整個飛行包線內**跟蹤飛機姿態(tài)的動態(tài)。

GPS模塊（GPS）：AIMMS-20AG利用雙天線、雙GPS處理器子系統(tǒng)來確定飛機姿態(tài)，特別是航向。將差分載波相位技術應用于源自兩個安裝在機翼**的GPS天線的信號。當與來自IMU的慣性信息結合時，提供0.1度航向精度（10米天線基線）。GPS模塊還提供三維位置和慣性速度。
中央處理模塊（CPM）：利用復雜的卡爾曼濾波數字信號處理技術，CPM模塊將差分GPS載波相位數據與慣性數據*佳地結合在一起，以確定**的飛機姿態(tài)。這反過來又與原始空氣運動數據相結合，以**地確定風解，精度優(yōu)于0.5m/s（1節(jié)）。由此產生的氣象數據可以記錄在內部閃存中，也可以實時傳輸到車載GPS導航系統(tǒng)。目前支持AIMMS-20AG的GPS導航系統(tǒng)包括ADAPCO Wingman、AgNav、Del Norte和SATLOC M3系統(tǒng)。
監(jiān)控您的飛機如何飛行
AIMMS-20AG載荷和振動監(jiān)測器使用IMU中嵌入的加速計提供飛行過程中機身載荷和振動的連續(xù)日志。這允許操作員監(jiān)測g載荷，以確定機身是否承受的應力超過推薦限值。這為改變飛行程序提供了機會，以*大限度地減少機身載荷，從而延長飛機的使用壽命。此外，振動增加是發(fā)動機或機身健康狀況明顯變化的良好指標，可以及早發(fā)現(xiàn)潛在的機械問題。IMU和LVM可以單獨購買。
沒有它，你能飛得起嗎？AIMMS-20AG充分考慮了當地的氣象條件，讓您有信心知道您已經正確使用了農藥產品。更好的應用程序意味著更低的風險和更好的客戶服務。沒有它，你能負擔得起飛行嗎？**架AIMMS-20AG AT-802F安裝在森林保護有限公司飛機上（照片由FPL提供）。

Droplet Measurement Technologies (DMT)/Aventech Research公司AIMMS-20機載氣象測量系統(tǒng)優(yōu)點：

• 提供具有出色頻率響應的三維風矢量實時測量
• 提供溫度、濕度和壓力數據
• 包括高精度飛機姿態(tài)數據（傾斜角、俯仰角和真航向）的輸出
• 一個完全集成的包，包含獨立運行所需的所有組件，以*大限度地降低安裝和FAA認證的成本和復雜性
• **支持氣動校準，以*大限度地減少分析飛行校準數據所需的時間和精力
• ****的航空氣象觀測性價比
• 可與主機數據系統(tǒng)集成，或使用內部閃存獨立操作，以存儲飛行后傳輸的信息
• 堅固的結構，密封的傳感器電子設備，確保使用可靠性

• 農藥的空中施用
• 對監(jiān)測偏離目標漂移潛力至關重要的風數據
• 噴霧優(yōu)化（考慮風漂移的飛行線偏移，以提高噴霧目標）
• 支持野火行動的天氣觀測
• 火災天氣預報
• 規(guī)定的**管理
• 消防航空支援
• 科研大氣觀測
• 空氣質量
• 大氣動力學研究
• 云物理學
• 氣候變化（溫室氣體通量、運輸和化學）
• 空中觀測
• 用于激光雷達電力線測量數據分析的風數據
• 有助于遙感數據分析的環(huán)境參數
• 污染遷移研究

DMT/Aventech Research公司AIMMS-20機載氣象測量系統(tǒng)主要技術參數
工作電壓：12.5-37 VDC輸入
*大工作電流：900 mA@12.5 VDC
數字接口：控制器局域網（CAN2A），500 kbps
RS-232串行端口（默認19.2kbps）
五孔大數據探頭（ADP）：3.36公斤（7.38磅）
慣性測量單元（IMU）：0.74公斤（1.63磅）
GPS模塊（GPS）：0.80公斤（1.76磅）
中央處理模塊（CPM）：0.60公斤（1.32磅）
風速精度
水平北部和東部組件：0.50 m/s（1.0節(jié)）@150節(jié)TAS
垂直：0.75 m/s（1.5節(jié)）@150節(jié)TAS
溫度精度：0.30℃
分辨率：0.01 C
相對濕度精度：2.0%相對濕度
分辨率：0.1%相對濕度
廣播/日志更新速率：1-10Hz
日志容量：45000條記錄（12.5小時@1赫茲）
負載和振動監(jiān)測器（LVM）
三軸（X、Y、Z）加速度：范圍：+/-7 g；精度：0.005 g
內部采樣率：200 Hz
數字低通頻率范圍：1-40赫茲
*大數據輸出速率：40 Hz
環(huán)境的工作溫度：-20℃至50℃;-40℃至50℃（可根據特殊訂單提供）
儲存溫度：-40℃至90℃

AIMMS-20：加拿大Aventech Research公司起初初的機載氣象測量系統(tǒng)。目前的目標市場包括航空應用、大氣研究，包括空氣質量監(jiān)測、人工增雨和遙感。后來我們將為航空應用市場推出新的AIMMS-30系統(tǒng)，并為大氣研究市場推出ARIM200大氣數據探頭（ADP）和Vectrax-10系統(tǒng)的組合。

AIMMS-30：下一代AIMMS-20的升級替代品。
ARIM200：用于機身和大型無人機的MIL-STD大氣數據系統(tǒng)探頭/子系統(tǒng)。
ARIM310：用于小型無人機平臺的小型、輕型大氣數據探頭/子系統(tǒng)。外殼與ARIM320相同。
ARIM320：用于小型無人機平臺的小型、輕型大氣數據/慣性/氣象系統(tǒng)。一個完整的小型化AIMMS-20/AIMMS-30系統(tǒng)必不可少。
Vectrax-10：小型、輕便、廉價的慣性/GPS姿態(tài)/羅盤系統(tǒng)。
AvSTAR：Aventech衛(wèi)星跟蹤和報告系統(tǒng)。舊的小冊子。尚未編寫新的技術手冊。
FTK100：現(xiàn)場校準適配器夾具套件。有幾種型號可用于支持大氣數據探頭（ARIM200、ARIM300、ARIM3 10）到完整的AIMMS-30/ARIM320系統(tǒng)。全自動校準系統(tǒng)，內置**的壓力參考和泵系統(tǒng)以產生壓力。

基于我們在其他儀器中使用的傳感器，我們還完成了一整套智能、CAN可聯(lián)網的傳感器模塊（氣壓傳感器模塊、壓差傳感器模塊[皮托靜壓、AOA、AOS]、加速度計模塊、速率傳感器模塊、負載傳感器模塊等），我們還沒有積極營銷或準備技術手冊。我們在遙感巴斯勒渦輪螺旋槳改裝的DC-3上實現(xiàn)了一個網絡。該系統(tǒng)用于機身載荷監(jiān)測。

 

我們還計劃開發(fā)ARIM300模塊，該模塊將是一個智能全靜壓探頭，其外殼格式與ARIM310和320產品相同。我們還可以定制上述任何系統(tǒng)，或提供工程開發(fā)分包服務，為他人開發(fā)系統(tǒng)。