AIMMS-20机载气象测量系统

DMT/Aventech Research公司AIMMS-20机载气象测量系统

  Droplet Measurement Technologies (DMT)/Aventech Research公司AIMMS-20采用智能传感器模块使用控制器局域网（CAN）组合在一起，形成飞机综合气象测量系统（AIMMS-20），该系统以高达20Hz的速率（温度、湿度、风）提供**的实时气象数据。至少四个模块组合在一起形成AIMMS-20系统：惯性测量单元模块（IMU），以40Hz的频率提供六自由度速率数据；GPS相位模块，其处理来自两个天线的卫星导航信号；空气数据探头（ADP），用于测量温度、湿度、大气压和飞机相对流矢量；以及中央处理模块（CPM），用于处理GPS数据、惯性信号和大气数据信息，这些数据在组合时会产生准确的风数据。

  Droplet Measurement Technologies (DMT)/Aventech Research公司AIMMS-20是一个完全集成的气象系统，能够测量大气温度、湿度、三维风和湍流。主要的挑战是**测量三维风。AIMMS-20基本上由两个主要子系统组成，一个大气数据子系统（探测器）和一个惯性姿态子系统。大气数据探头（AIMMS-20 ADP、AIMMS-30 ADP、ARIM200、ARIM31等）由一个五孔探头组成，用于**测量相对于飞机的三维流矢量。该探头还具有测量大气温度和湿度的能力，这允许对密度进行大气校正，以准确确定机身的真实空速（TAS）。然后，可以从三维流矢量中减去TAS，以获得飞机参考系中的三维风矢量。这里的挑战是拥有足够**的测量值，以从大型组合TAS+风分量中提取非常小的风分量。
一旦在飞机固定参考系中获取了风矢量，问题的**部分就是将其转换为地球固定参考系。为此，我们利用了自己的惯性/GPS姿态系统。AIMMS-20模块之一是一个六自由度IMU，包含三个速率传感器（陀螺仪）和三个加速计。由于上述传感器是基于MEMS的较便宜的传感器，因此它们的动态响应非常好，但它们的长期稳定性并不好，即它们会漂移。**个模块是GPS相位模块，包含两个连接到两个天线的GPS接收器，这两个天线安装在飞机上的翼尖到翼尖（横向）或前后（纵向），这是一个GPS载波相位系统，能够提供连接两个天线基线的高精度、**直流稳定的方向（姿态）。第三个模块基本上是一个处理模块，包含一个数字信号控制器/处理器（DSC/DSP），运行我们开发的扩展卡尔曼滤波器（EKF）算法，将IMU的动态姿态信息与载波相位系统的DC稳定姿态信息*佳地结合起来。然后，第三个中央处理模块（CPM）制定风向，并将所有测量的参数通过串行端口广播出去。
这三个模块*终将被我们目前开发的Vectrax-10系统所取代，该系统将于下个月**交付（见随附的规格表）。Vectrax-10基本上将三个旧模块整合到一个更小的单元中，该单元配备了*新的GPS接收器和MEMS传感器。

空中喷洒过程中存在的当地气象条件（温度、湿度、风和湍流）决定了喷雾的沉积和漂移方式。了解这些条件可以使涂布机优化喷雾沉积，*大限度地减少偏离目标的漂移，并记录现有条件，以证明在涂布过程中进行了尽职调查。AIMMS-20AG提供了通过机载GPS导航系统集成实时准确测量和提供这些条件所需的先进技术，或在飞行后通过数据日志下载提供这些条件。此外，AIMMS-20AG LVM（负载和振动监测器）功能允许操作员监测机身负载和振动，以帮助防止因疲劳而出现机身维修问题。
先进的机载风测量技术考虑到飞机正在移动许多物体，在机载平台上进行**的风测量是一个具有挑战性的问题
比被测风速快几倍。因此，感兴趣的风信号只是测量的空气运动数据的一小部分，它主要由飞机本身的动态运动决定。
为了确保符合标签风速规定，需要精度优于1节的**风力测量。这需要获得优于0.7节精度的真实空速，优于0.1度精度的流向（侧滑），以及优于0.2度精度的真实航向。AIMMS-20AG是目前市场上**提供这种性能水平的系统。
我目前还没有为FTK100现场测试套件编写技术规格表，但我附上了一份操作手册。操作手册中所示的校准配件适用于我们较小的ARIM320产品。ARIM200的配件更大，但相似。
迄今为止，我们通常支持远程或现场校准过程（现场支持的额外费用）。客户通常会执行一组预定义的校准飞行操作（航向、TAS、偏航和轨道），同时使用他们自己的数据采集系统通过串行端口或直接从CAN总线记录系统的所有原始传感器数据，或者使用我们的ODMS数据记录器将CAN总线的所有原始数据直接传输到USB驱动器上。然后，他们向我们发送数据文件，我们对其进行后处理，并在我们的内部软件上运行校准分析。我们目前不销售该软件，因为它不是为了非常用户友好而编写的，但可能会在将来进行升级。然后，客户使用系统提供的aimcfg PC软件实用程序将我们提供的校准系数输入/编程到系统中，之后系统能够实时提供校正的测量值。
非常幸运的是，我们的一位客户要求更准确的“TAS”吊杆。当飞机在云层中飞行时，TAS会有很大的误差。云中的空气密度不同于传统方法的计算。我们会向客户推荐它。

DMT/Aventech Research公司AIMMS-20机载气象测量系统组成部分

五孔大气数据探头（ADP）：ADP**测量三维飞机相对流矢量（真实空速、迎角和侧滑）、温度和相对湿度。温度和相对湿度传感器安装在探头后部的专用逆流室中，该室保护它们免受颗粒污染，从而延长了它们的使用寿命。此外，模块中还集成了一个三轴加速计包以便于直接湍流测量。

惯性测量单元（IMU）：AIMMS-20惯性模块是一个全六自由度IMU，包含三个速率陀螺仪和三个加速度计。角速率和加速度每秒广播40次，以便在整个飞行包线内**跟踪飞机姿态的动态。

GPS模块（GPS）：AIMMS-20AG利用双天线、双GPS处理器子系统来确定飞机姿态，特别是航向。将差分载波相位技术应用于源自两个安装在机翼**的GPS天线的信号。当与来自IMU的惯性信息结合时，提供0.1度航向精度（10米天线基线）。GPS模块还提供三维位置和惯性速度。
中央处理模块（CPM）：利用复杂的卡尔曼滤波数字信号处理技术，CPM模块将差分GPS载波相位数据与惯性数据*佳地结合在一起，以确定**的飞机姿态。这反过来又与原始空气运动数据相结合，以**地确定风解，精度优于0.5m/s（1节）。由此产生的气象数据可以记录在内部闪存中，也可以实时传输到车载GPS导航系统。目前支持AIMMS-20AG的GPS导航系统包括ADAPCO Wingman、AgNav、Del Norte和SATLOC M3系统。
监控您的飞机如何飞行
AIMMS-20AG载荷和振动监测器使用IMU中嵌入的加速计提供飞行过程中机身载荷和振动的连续日志。这允许操作员监测g载荷，以确定机身是否承受的应力超过推荐限值。这为改变飞行程序提供了机会，以*大限度地减少机身载荷，从而延长飞机的使用寿命。此外，振动增加是发动机或机身健康状况明显变化的良好指标，可以及早发现潜在的机械问题。IMU和LVM可以单独购买。
没有它，你能飞得起吗？AIMMS-20AG充分考虑了当地的气象条件，让您有信心知道您已经正确使用了农药产品。更好的应用程序意味着更低的风险和更好的客户服务。没有它，你能负担得起飞行吗？**架AIMMS-20AG AT-802F安装在森林保护有限公司飞机上（照片由FPL提供）。

Droplet Measurement Technologies (DMT)/Aventech Research公司AIMMS-20机载气象测量系统优点：

• 提供具有出色频率响应的三维风矢量实时测量
• 提供温度、湿度和压力数据
• 包括高精度飞机姿态数据（倾斜角、俯仰角和真航向）的输出
• 一个完全集成的包，包含独立运行所需的所有组件，以*大限度地降低安装和FAA认证的成本和复杂性
• **支持气动校准，以*大限度地减少分析飞行校准数据所需的时间和精力
• ****的航空气象观测性价比
• 可与主机数据系统集成，或使用内部闪存独立操作，以存储飞行后传输的信息
• 坚固的结构，密封的传感器电子设备，确保使用可靠性

• 农药的空中施用
• 对监测偏离目标漂移潜力至关重要的风数据
• 喷雾优化（考虑风漂移的飞行线偏移，以提高喷雾目标）
• 支持野火行动的天气观测
• 火灾天气预报
• 规定的**管理
• 消防航空支援
• 科研大气观测
• 空气质量
• 大气动力学研究
• 云物理学
• 气候变化（温室气体通量、运输和化学）
• 空中观测
• 用于激光雷达电力线测量数据分析的风数据
• 有助于遥感数据分析的环境参数
• 污染迁移研究

DMT/Aventech Research公司AIMMS-20机载气象测量系统主要技术参数
工作电压：12.5-37 VDC输入
*大工作电流：900 mA@12.5 VDC
数字接口：控制器局域网（CAN2A），500 kbps
RS-232串行端口（默认19.2kbps）
五孔大数据探头（ADP）：3.36公斤（7.38磅）
惯性测量单元（IMU）：0.74公斤（1.63磅）
GPS模块（GPS）：0.80公斤（1.76磅）
中央处理模块（CPM）：0.60公斤（1.32磅）
风速精度
水平北部和东部组件：0.50 m/s（1.0节）@150节TAS
垂直：0.75 m/s（1.5节）@150节TAS
温度精度：0.30℃
分辨率：0.01 C
相对湿度精度：2.0%相对湿度
分辨率：0.1%相对湿度
广播/日志更新速率：1-10Hz
日志容量：45000条记录（12.5小时@1赫兹）
负载和振动监测器（LVM）
三轴（X、Y、Z）加速度：范围：+/-7 g；精度：0.005 g
内部采样率：200 Hz
数字低通频率范围：1-40赫兹
*大数据输出速率：40 Hz
环境的工作温度：-20℃至50℃;-40℃至50℃（可根据特殊订单提供）
储存温度：-40℃至90℃

AIMMS-20：加拿大Aventech Research公司起初初的机载气象测量系统。目前的目标市场包括航空应用、大气研究，包括空气质量监测、人工增雨和遥感。后来我们将为航空应用市场推出新的AIMMS-30系统，并为大气研究市场推出ARIM200大气数据探头（ADP）和Vectrax-10系统的组合。

AIMMS-30：下一代AIMMS-20的升级替代品。
ARIM200：用于机身和大型无人机的MIL-STD大气数据系统探头/子系统。
ARIM310：用于小型无人机平台的小型、轻型大气数据探头/子系统。外壳与ARIM320相同。
ARIM320：用于小型无人机平台的小型、轻型大气数据/惯性/气象系统。一个完整的小型化AIMMS-20/AIMMS-30系统必不可少。
Vectrax-10：小型、轻便、廉价的惯性/GPS姿态/罗盘系统。
AvSTAR：Aventech卫星跟踪和报告系统。旧的小册子。尚未编写新的技术手册。
FTK100：现场校准适配器夹具套件。有几种型号可用于支持大气数据探头（ARIM200、ARIM300、ARIM3 10）到完整的AIMMS-30/ARIM320系统。全自动校准系统，内置**的压力参考和泵系统以产生压力。

基于我们在其他仪器中使用的传感器，我们还完成了一整套智能、CAN可联网的传感器模块（气压传感器模块、压差传感器模块[皮托静压、AOA、AOS]、加速度计模块、速率传感器模块、负载传感器模块等），我们还没有积极营销或准备技术手册。我们在遥感巴斯勒涡轮螺旋桨改装的DC-3上实现了一个网络。该系统用于机身载荷监测。

 

我们还计划开发ARIM300模块，该模块将是一个智能全静压探头，其外壳格式与ARIM310和320产品相同。我们还可以定制上述任何系统，或提供工程开发分包服务，为他人开发系统。