无人机气象观测系统是一种利用无人机对气象数据采集的系统。它将无人机与气象传感器、数据采集技术相结合，可以飞行到不同的高度和位置，尤其是在难以接触的偏远地区（如山脉、极地、海洋等），实时获取大气中的风温湿压等数据。在大范围的气象数据采集任务中，传统的测量方法往往存在时间滞后和空间分布不均的问题，而无人机可以通过高精度传感器和实时数据传输，快速采集局部区域的气象数据。
无人机在气象行业的应���具有巨大的潜力，它可以用于高空气象观测、气象灾害监测、气候研究、环境监测等多个领域。无人机的高精度数据采集能力、快速部署和高机动性使其成为现代气象研究和灾害预警中不可或缺的工具。
随着无人机技术的进一步发展和气象传感器的不断升级，未来无人机在气象行业的应用将更加广泛，并为气象预测、灾害预警和环境保护提供大量基础观测数据支撑。
01系统组成
模块：功能描述
数据采集器：数据处理与任务协调，负责传感器接口与数据传输
机载气象要素传感器：采集风温湿压等气象数据
无人机：提供高精度的飞行控制和定位能力
1.1 数据采集器
数据采集器采用功能强大的嵌入式平台，具备高度的灵活性和可扩展性。可以访问并控制载荷硬件，获取传感器数据，与飞行控制系统进行通信等。能够高速、稳定的采集实时气象数据并按照需求存储数据，可以将实时气象数据通过无线网络链路传输到地面站同步显示。
1.2 机载气象要素传感器
相较于传统的气象探测设备，机载气象要素传感器尺寸小、重量轻，传感器的灵敏度和响应速度较快，能够实时反映气象变化，适用于动态变化较大的气象监测任务，同时具备较强的抗干扰能力和高可靠性，能够在极端环境下（如高温、低温、风速较大的地区）稳定工作，使得它能够方便地搭载在无人机、小型飞机等平台上。这为高空气象测量、航空气象监测提供了极大的便利，特别适合用于低空飞行或难以到达的区域。同时其具有较低的功耗，能够在长时间的任务中稳定运行，减少了对电池续航的依赖，使得它适用于长时间、远距离的气象监测任务。
1.3 无人机
无人机在气象行业的应用日益广泛，尤其是在高精度气象数据采集、天气预报、灾害监测等领域。无人机的高机动性、快速部署、低成本以及能够到达传统观测设备难以触及的区域，使得它成为现代气象监测中的重要工具。传统气象探测通常依赖于气象气球、雷达或卫星，尤其在高空的气象观测上较为有限。无人机可以通过自主飞行，进入难以到达的高空或极地区域，具备更高的机动性，可以在多个点进行观测，从而获得更准确的数据。
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02数据处理
将采集到的温湿度数据通过无线电信号传送回地面控制站或指定的数据中心，地面控制站或据中心使用气象数据处理软件对收集的数据进行处理和分析，生成温湿度曲线图。
无人机通过航线规划软件，使其能够在预定的航线上稳定飞行和悬停，并能根据飞行计划自动执行任务。
03系统特点
灵活性、机动性：多旋翼无人机可以在近地区域进行灵活的观测，覆盖范围广，适用于各种复杂地形。
准确性：搭载高精度传感器，能够提供准确、快速响应的温湿度数据。
即时性：温湿度数据可以即时传送至地面。
易用性：操作相对简单，易于控制和维护。
04技术参数
温度传感器
测量范围：-90 to + 50 ℃
响应时间：1s
精度：±0.3℃
分辨率：0.01℃
湿度传感器
测量范围：0 - 100% RH
响应时间：1s
精度：±5% RH
分辨率：0.1% RH
无人机
尺寸：尺寸（展开，不包含桨叶）：810mm(长) x 670mm（宽）x 430mm（高）
重量：空机重量（含双电池）：6.3 kg
悬停精度:（P-GPS） 垂直：±0.1 m（视觉定位正常工作时）;±0.5 m（GPS 正常工作时）;±0.1 m（RTK 定位正常工作时）
水平：±0.3 m（视觉定位正常工作时）;±1.5 m（GPS 正常工作时）;±0.1 m（RTK 定位正常工作时）
RTK 位置精度：在 RTK FIX 时：1 cm+1 ppm（水平）;1.5 cm + 1 ppm（垂直）
上升速度：S模式：6 m/s , P模式：5 m/s
下降速度（垂直）：S 模式：5 m/s , P模式：4 m/s
飞行海拔高度达：5000 m（2110 桨叶，起飞重量≤7 kg）,7000 m（2195 高原静音桨叶，起飞重量≤7 kg）
可承受风速达：12m/s
可飞行时间长：55 min
防护等级：IP45
工作环境温度：-20°C 至 50°C
数据采集器
硬件接口：UART
采集频率：1Hz
存储：16GB
05工作流程
1确定区域：确定需要观测的区域和目标区域。确保观测区域海拔满足航测无人机的作业要求。
2飞行计划：根据观测区域和目标要求，规划无人机的飞行计划，包括起飞点、航线、观测高度、飞行速度等参数。
3确定时间：考虑天气状况和目标要求，选择适宜的观测时间。
4设备检查：对所有的设备进行检查，主要包括飞机性能的检查、电池电量、传感器固定、数据采集、数据传输等功能正常。
5设备起飞：将无人机放置在安 全的起飞点，启动飞行控制系统，并确保无人机和传感器状态正常。
6数据采集：飞行过程中，无人机搭载的温湿度传感器会实时测量周围空气的温度和湿度数据。
根据飞行计划，无人机在预定高度和位置进行航线飞行，收集不同位置、高度的温湿度数据。
7数据传输：采集到的温湿度数据通过无线数据传输传送回地面控制站或指定的数据中心。
数据传输应确保稳定和可靠，以便后续处理和分析。
8数据分析：地面控制站或数据中心使用气象数据处理软件对收集的数据进行处理和分析。
9生成报告：根据处理和分析的数据，生成温湿度廓线数据表、时间趋势图、对比图等。
10结束任务：无人机完成任务后，安 全降落并进行必要的维护和检查。
飞行测试数据示例
06项目执行情况
地点：内蒙古呼伦贝尔市满洲里西郊机场
应用：为国产民航大飞机飞行试验提供环境梯度气象数据
现场图片：
国产民航大飞机
机载气象观测系统
