一种飞行器航空精准喷施控制系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及植物药物喷洒技术领域，特别涉及一种飞行器航空精准喷施控制系统 和方法。
【背景技术】
[0002] 当前航空施药控制系统主要以国外产品为主，我国航空施药控制系统多为以定流 量水栗与喷头组合而成，无法实现精准施药控制。国外较典型的精准航空施药控制系统产 品主要为加拿大AG NAV公司的AG-FLOW产品，以及加拿大Hemisphere公司的Satloc G4产 品。这两款产品主要实现根据飞机飞行速度来控制药栗输出流量，从而保证不同飞机飞行 速度下，地面施药的均匀性。
[0003] 这两款产品的功能和系统组成基本相同，一般主要包括液晶交互终端、流量传感 器、流量调节阀、GPS接收机及控制器等部分。液晶屏主要用于实现系统的人机交互，用于设 定期望喷施量和飞机有效喷药幅宽；流量传感器、流量调节阀、GPS接收机及控制器相互配 合实现精准的按设定量进行喷施。
[0004] 上述产品存在的主要弊端是无法进行精准的航空施药喷施控制，因为相对于地面 施药，航空施药器械与地面作物靶标距离增大，进而使得雾滴到作物靶标过程的影响因素 增多，如作业环境的风向风速、作业飞行器距离作物靶标的相对距离、喷洒器械喷头的对靶 角度、施药作业环境的空气温度及相对湿度等。例如，（1)当施药环境有相对施药路径较大 的侧向风时，雾滴会在风的作用下产生漂移，如果不能对漂移距离进行精准预测，轻则无法 产生较好的病虫害防治效果，降低农业喷施效率，重则产生农业环境污染，危及周边生态系 统安全。（2)当飞行器距离作物相对高度较大时，如果雾滴粒径过小、环境温度过高、环境相 对湿度过低，则雾滴在空中挥发无法降落到作物，从而无法产生施药效果。（3)当飞行器姿 态发生偏转，会导致喷雾方向产生较大偏移。当飞行器水平飞行时，雾滴会集中沉积于飞行 器下发，但是当飞行器在调头、转弯过程中，其机体水平角发生较大变化时，喷雾方向也会 产生变化，进而使得雾滴也无法集中沉积于飞机下方。特别是大型固定翼飞机施药，该问题 尤为严重。为此，在我国东北，固定翼飞机施药时的转弯、调头区域都要人工补药，严重影响 作业效率。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是如何使飞行器航空喷施更加精准。
[0006] 为此目的，本发明提出了一种飞行器航空精准喷施控制系统，包括:控制器、雾滴 粒径控制单元、机载气象测量单元和机载高度测量单元;所述控制器分别连接所述雾滴粒 径控制单元、机载气象测量单元和机载高度测量单元；
[0007] 所述机载气象测量单元用于获取所述飞行器所在的环境信息;所述机载高度测量 单元用于获取所述飞行器距离地面的高度信息;所述控制器用于根据所述环境信息和高度 信息计算喷施的雾滴粒径的目标值，并根据所述目标值向所述雾滴粒径控制单元发送控制 指令;所述雾滴粒径控制单元用于根据所述控制指令调节喷施的雾滴粒径的大小。
[0008] 其中较优的，所述机载气象测量单元包括对射式超声波收发器，所述对射式超声 波收发器包括发送端和接收端;所述发送端和接收端分别位于喷洒器械的两端;所述发送 端发送一定频率的超声波信号，所述接收端接收所述超声波信号;所述机载气象测量单元 通过所述超声波信号的传输时间估计所述飞行器所在的侧向风速。
[0009] 其中较优的，连接所述控制器的喷洒器械姿态控制单元和机体姿态测量单元；
[0010] 所述机体姿态测量单元用于获取所述飞行器的机体姿态信息;所述控制器还用于 根据所述机体姿态信息向所述喷洒器械姿态控制单元发送调整姿态控制指令;所述喷洒器 械姿态控制单元用于根据所述调整姿态控制指令调整喷洒器械的姿态。
[0011] 其中较优的，该系统还包括:连接所述控制器的喷洒器械姿态感知单元;喷洒器械 姿态感知单元用于获取当前的喷洒器械的姿态;所述控制器还用于根据当前的喷洒器械的 姿态与所述机体的姿态信息，向所述喷洒器械控制单元发送调整姿态控制指令。
[0012] 其中较优的，该系统还包括:连接所述控制器的喷洒流量控制单元，所述喷洒流量 控制单元包括流量传感器、GPS接收机和流量调节阀；
[0013] 所述GPS接收机用于获取所述飞行器当前的飞行速度;所述流量传感器用于获取 当前的喷施流量;所述控制器还用于根据所述飞行速度计算目标喷施流量;所述流量调节 阀用于调节当前的喷施流量，以使当前的喷施流量接近所述目标喷施流量。
[0014] 其中较优的，所述根据所述飞行速度计算目标喷施流量采用以下公式：
[0015] Q = q*S
[0016] S = V*L
[0017] 其中，Q为目标喷施流量，q为预设单位面积的喷施量，S为单位时间的喷施面积，V 为飞行速度，L为已知有效喷施幅宽。
[0018] 其中较优的，该系统还包括:与所述控制器连接的喷洒压力控制单元和人机交互 单元；
[0019] 所述喷洒压力控制单元用于根据所述控制器发送的预设压力值，控制喷施的管道 压力稳定在所述预设压力值；
[0020] 所述人机交互单元用于输入预设的喷施需求和输出当前的喷施状态。
[0021] 另一方面，采用上述的飞行器航空精准喷施控制系统，本发明还提供了一种飞行 器航空精准喷施控制方法，包括：
[0022] 获取所述飞行器所在的环境信息和所述飞行器距离地面的高度信息；
[0023] 根据所述环境信息和高度信息计算喷施的雾滴粒径的目标值；
[0024] 根据所述目标值调节雾滴粒径的大小。
[0025] 其中较优的，所述根据所述环境信息和高度信息计算喷施的雾滴粒径的目标值采 用以下公式进行计算：
[0026]
[0027]
[0028]
[0029]
[0030] ,
[0031 ]其中，Do为当前的雾滴粒径，D为雾滴粒径的目标值，a、b、c、d为因素影响系数，a、 b、c、d根据喷施的药剂的油性度、密度进行调整，￥为侧向风速，t为环境温度，w为空气相对 湿度，h为飞行器距离地面的相对高度，如，《0，1!()^()为调整系数。
[0032]其中较优的，所述调节雾滴粒径的大小的方法包括：
[0033]调整喷头的旋转速度或调节喷杆内管道的压力。
[0034]本发明所提供的一种飞行器航空精准喷施控制系统和方法，通过加入机载气象测 量单元、雾滴粒径控制单元和机载高度测量单元，实现了雾滴沉积区域的精准控制。可根据 环境要求，精准调控雾滴粒径，进而优化雾滴地面沉积效果。通过加入机体姿态测量单元和 喷洒器械姿态控制单元，克服了飞行器飞行姿态变化对喷施的影响，提高了航空喷施的效 果。
【附图说明】
[0035]通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理 解为对本发明进行任何限制，在附图中：
[0036] 图1示出了本发明一种飞行器航空精准喷施控制系统的结构示意图；
[0037] 图2示出了本发明机载高度测量单元的原理示意图；
[0038]图3示出了本发明喷洒流量与压力调节的示意图；
[0039] 图4示出了本发明一种飞行器航空精准喷施控制方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0040] 下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
[0041] 如图1所示，本发明提供了一种飞行器航空精准喷施控制系统，包括:控制器、雾滴 粒径控制单元、机载气象测量单元和机载高度测量单元;控制器分别连接雾滴粒径控制单 元、机载气象测量单元和机载高度测量单元;机载气象测量单元用于获取飞行器所在的环 境信息;机载高度测量单元用于获取飞行器距离地面的高度信息;控制器用于根据环境信 息和高度信息计算喷施的雾滴粒径的目标值，并根据目标值向雾滴粒径控制单元发送控制 指令;雾滴粒径控制单元用于根据控制指令调节喷施的雾滴粒径的大小。
[0042] 其中，雾滴粒径控制单元通过调整喷洒器械的喷头的旋转速度或者喷杆内管道压 力来调整喷洒雾滴粒径的大小。雾滴粒径控制单元可以将要喷施的药液注入离心雾化喷 头，然后由电极带动离心雾化喷头转动，将喷施的药液