一种用于核辐射环境侦测的无人机系统的制作方法

1.本发明涉及涉及核辐射探测技术领域，尤其涉及一种用于核辐射环境侦测的无人机系统。


背景技术：

2.在出现突发核辐射事故或需要对核辐射地区进行侦测的时候，相关部门需要准确定位核辐射的区域位置或了解核辐射核心区域的环境核辐射数据参数，由于关系到人体健康安全，这些工作并不适合人去执行，因此有必要研发一种用于核辐射环境侦测的无人机系统对核辐射区域进行快速、精准的定位侦测以及对核辐射区域核辐射数据的快速采集，这是相关部门确定事故等级、评价核事故辐射后果、采取应急响应措施的重要依据，现有无人机虽然能对核辐射环境进行侦查，但是一般都功能太少，功能有局限性，不适合在复杂地区和环境下作业。
3.公开号为cn112817336a的专利公开了基于民用小型无人机的高精度放射源搜寻定位系统，所述定位系统包括无人机模块和与无人机模块无线通讯连接的地面工作站模块，所述无人机模块包括一架或多架无人机，所述无人机设有γ剂量率快速响应测量仪、测高及避障单元、高精度定位单元、液体喷淋单元和远程数据传输与控制单元，γ剂量率快速响应测量仪、测高及避障单元、高精度定位单元、液体喷淋单元分别与远程数据传输与控制单元通讯连接；所述地面工作站模块包括终端设备，所述终端设备与远程数据传输与控制单元通讯连接，但是现有无人机只能采集到γ剂量率，过于局限，不适合在复杂地区和环境下作业。


技术实现要素：

4.本发明为解决上述现有技术所述问题，提供一种用于核辐射环境侦测的无人机系统。
5.本发明采用的技术方案是：
6.一种用于核辐射环境侦测的无人机系统，包括无人机平台、核辐射探测设备及环境侦查设备；
7.所述无人机平台包括无人机机体、动力系统、航电系统、避障模块、飞行控制模块、通讯设备和地面控制系统；所述动力系统与无人机机体连接；所述航电系统连接各设备确保整个电气系统稳定可靠；所述无人机机体前端有避障模块，能够对无人机前方的障碍物进行实时检测并输出障碍物相对于无人机的位置；所述飞行控制模块设在具备的链路中断、应急自动降落或返航、自主避障的平台故障处理能力；所述通讯设备用于地面控制站与飞行平台之间控制、数据、图像信号的传递；所述地面控制系统能完成无人机飞行的控制，环境侦查设备的控制和视频的显示，飞行控制模块数据的接收、显示和核辐射探测数据的接收、显示、转发；
8.所述核辐射探测设备固定在无人机机体底部，包括γ辐射监测模块和αβ气溶胶采
样测量模块，所述γ辐射监测模块包括γ剂量率监测、γ累积剂量测量和γ核素识别功能，αβ气溶胶采样测量模块有气溶胶在线采样测量功能；
9.所述环境侦查设备固定在无人机机体前方，包括搭载在无人机上的高清相机，用于获取现场高清视频数据，通过该设备传回来的图像，可让操作员在地面端进行第一人称视角控制飞行。
10.进一步地，所述无人机机体包括机臂、机身和起落架，机臂、机身和起落架均采用复合材料模压一体式成型。
11.进一步地，所述无人机机身下面设有快拆装置。
12.进一步地，所述核辐射探测设备和环境侦查设备分别设有云台橡胶减震组件。
13.进一步地，所述γ辐射监测模块由能量补偿型gm计数管、labr3探测器、数字多道、控制电路、外壳组成；所述αβ气溶胶采样测量模块由采样泵、流量计、滤膜、αβ探测器组成。
14.进一步地，所述动力系统包括电机与桨叶，根据飞机负载情况计算出的电机匹配高效的桨叶。
15.进一步地，所述航电系统主体采用集成电路板形式，对外连接使用航空专用硅胶导线。
16.进一步地，所述避障模块由避障雷达和数字云台舵机组成，避障雷达的天线采用独特的远近双波束扇形的微波，检测微波的反射情况，判断前方是否有障碍物，并反馈障碍物与雷达的相对距离给无人机飞行控制器。
17.进一步地，所述地面控制系统具有视距内和超视距飞行遥控能力。
18.进一步地，所述通讯设备采用一台设备多合一的形式，最大限度的简化链路数量，基于tdd体制，综合采用了同步通信、差错控制。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.本发明无人机平台具有结构强度高、质量轻、抗干扰能力强以及防护等级高的特点，非常适合在复杂地区和环境下作业，无人机平台增设有自动避障模块和能进行故障处理的飞行控制模块，通过无人机搭载环境侦查设备和核辐射探测设备，可进入人员无法直接到达的事故核心区域进行环境侦查和核辐射监测，可以对事故核心区域空气中γ剂量率进行监测，对释放的核素进行识别；对事故核心区域空气中放射性α气溶胶进行采样。
附图说明
21.图1为一种用于核辐射环境侦测的无人机系统的结构示意图；
22.图2为一种用于核辐射环境侦测的无人机平台结构示意图；
23.图3为一种用于核辐射环境侦测的无人机系统仰视结构示意图；
24.图4为飞行控制模块在链路中断的应急处理示意图；
25.图5为通讯设备网络关系图；
26.图6为核辐射探测设备组成框图。
27.图中：1电机，2电调，3桨叶，4机臂，5机臂连接套，6飞行控制模块，7航电系统，8快拆装置，9机身，10起落架，11、动力系统，12通讯设备，13核辐射探测设备，14环境侦查设备，15避障模块，16地面控制系统，17碳管，18云台橡胶减震组件，19无人机机体。
具体实施方式
28.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是，本技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。另外，在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
29.实施例1
30.请参阅图1至图6，本发明提供的一种实施例：一种用于核辐射环境侦测的无人机系统，包括无人机平台、核辐射探测设备13及环境侦查设备14；
31.所述无人机平台包括无人机机体19、动力系统11、航电系统7、避障模块15、飞行控制模块6、通讯设备12和地面控制系统16；
32.所述无人机机体19主要由机臂4、机身9和起落架10组成，均采用复合材料模压一体式成型，所述机臂4设有机臂连接套5，具有重量轻，结构强度高，防护等级高等特点。
33.所述动力系统11与无人机机体19连接，所述动力系统11包括电机1，电调2与桨叶3，根据飞机负载情况计算出的电机1匹配高效的桨叶3，保证了无人机在各种严苛环境下的安全飞行及超长航时。
34.所述航电系统7连接各设备确保整个电气系统稳定可靠，所述航电系统7主体采用集成电路板形式，对外连接使用航空专用硅胶导线。
35.所述无人机机体19前端有避障模块15，能够对无人机前方的障碍物进行实时检测并输出障碍物相对于无人机的位置。
36.所述飞行控制模块6设在具备的链路中断、应急自动降落或返航、自主避障的平台故障处理能力，保障了无人机安全可靠平稳飞行，飞行控制模块6接收来自通讯设备控制信
号或传递数据给通讯设备12；链路中断应急处置功能主要指遥控器与无人机平台、地面站与无人机平台之间无法通讯，一般是由飞行控制模块6判断通讯链路是否正常，若是无人机持续5秒(可根据作业场景设定)未接受到遥控器信号则认为遥控器与无人机失去连接，无人机将自动执行设置定好的程序降落或返航。
37.所述通讯设备12用于地面控制系统16与飞行平台之间控制、数据、图像信号的传递，所述通讯设备12采用一台设备多合一的形式，最大限度的简化链路数量，该通讯设备12基于tdd体制，综合采用了同步通信、差错控制等技术手段，具有顽强的抗干扰能力。内部通信协议私有，通信安全程度高。能够实现点对点、点对多点和中继通信，上下行信道带宽可按需求灵活分配。针对此无人机系统的需求，在电磁兼容、抗干扰、接口种类等方面做了大量优化、改进，为工业级无人机与地面之间的通信提供了整体解决方案，可同时满足高清图像下传、遥控遥测数据双向传输等通信需求，实现了无人机通信链路的ip化和一体化，解决了当前无人机因采用多套无线设备带来的相互干扰问题，降低了机载端通信设备的复杂度。
38.所述地面控制系统16主要是由地面控制站组成，具有视距内和超视距飞行遥控能力，能完成无人机飞行的控制，环境侦查设备14的控制和视频的显示，飞行控制模块6数据的接收、显示和核辐射探测设备13数据的接收、显示、转发。飞行控制模块6所有数据和核辐射探测设备13的数据都显示在地面控制站软件上，该软件主要用于完成无人机控制指令下达与传输、无线数据接收、信息处理与显示等功能。地面站计算机接收无人机发射的数据传输电台微波，并对其解码，得到的数字信号传给地面控制计算机的地面控制软件。地面控制软件可以显示当前飞机的坐标航点、高度、速度、航向、电池电压、导航状态、剩余电量、核辐射探测数据等信息，同时用户可以在地面控制软件上设置飞机的航线以及多种控制模式。
39.所述核辐射探测设备13固定在无人机机体19底部，包括γ辐射监测模块和αβ气溶胶采样测量模块组成，所述γ辐射监测模块包括γ剂量率监测、γ累积剂量测量和γ核素识别功能，αβ气溶胶采样测量模块有气溶胶在线采样测量功能；γ辐射监测模块由能量补偿型gm计数管、labr3探测器、数字多道、控制电路、外壳组成。gm计数管实现γ剂量率信号采集；labr3探测器和数字多道实现γ能谱采集，控制板采集gm计数管信号和γ能谱，实现γ剂量率、γ累积剂量测量及放射性核素识别。αβ气溶胶采样测量模块由采样泵、流量计、滤膜、αβ探测器组成。其中外界空气通过采样泵的抽动进入进气口，经滤膜过滤，空气中的气溶胶都停留在滤膜上，αβ探测器再对滤膜样品进行分析，得到空气中α和β气溶胶的活度和浓度。
40.所述环境侦查设备14固定在无人机机体19前方，包括搭载在无人机上的高清相机，事故核心区域进行抵近飞行式环境监控，实现现场高清视频数据的长时间稳定获取和传送，通过该设备传回来的图像，可让操作员在地面端进行第一人称视角控制飞行。
41.实施例2
42.请参阅图1至图6，本发明提供的一种实施例：一种用于核辐射环境侦测的无人机系统，包括实施例1所述的无人机平台、核辐射探测设备13及环境侦查设备14；
43.所述无人机平台包括实施例1所述的无人机机体19、动力系统11、航电系统7、避障模块15、飞行控制模块6、通讯设备12和地面控制系统16。
44.进一步地，所述避障模块15由避障雷达和数字云台舵机组成，其中避障雷达的天
线设计采用独特的远近双波束扇形的微波，检测微波的反射情况，判断前方是否有障碍物，并反馈障碍物与雷达的相对距离给飞行控制模块6。飞行控制模块6通过自身检测水平姿态控制数字云台舵机保持水平，保证避障雷达一直指向正前方，从而达到控制无人机进行精准避障。
45.实施例3
46.请参阅图1至图6，本发明提供的一种实施例：一种用于核辐射环境侦测的无人机系统，包括实施例1所述的无人机平台、核辐射探测设备13及环境侦查设备14；
47.所述无人机平台包括实施例1所述的无人机机体19、动力系统11、航电系统7、避障模块15、飞行控制模块6、通讯设备12和地面控制系统16。
48.进一步地，所述无人机机身9下面设有快拆装置8，所述核辐射探测设备13和环境侦查设备14分别设有云台橡胶减震组件18，所述核辐射探测设备13和环境侦查设备14通过碳管17穿过快拆装置8和云台橡胶减震组件18可以快速地进行固定和拆装。
49.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。