化学药物防治是植物保护现阶段主要的方法。减小农药用量、提高农药利用率、促进农业生物环境生态恢复是我国基本国策。航空喷雾是一种新的作业方式,能够达到地面机械无法深入的地方。无人直升机喷雾的作业高度是航空喷雾的关键参数。无人机喷雾作业边界探测识别是无人直升机喷雾的重要内容。因此,无人直升机喷雾过程准确控制作业高度、探测识别作业边界,属于我国农业生物环境与能源工程学科迫切需要解决的关键问题。本文在CD-10型无人直升机平台上加装了激光传感探测系统。通过实验研究了无人机不同飞行高度和飞行速度下,激光传感信号的特征。设计喷雾试验,研究喷雾高度和喷幅之间的关系,得出扫描角度与喷雾高度的模型,优化激光探测中的扫描角度。研究了无人直升机喷雾的激光传感探测特性。主要研究工作包括以下几个方面:(1)无人直升机激光探测系统构建在现有CD-10型无人直升机上,选取所需的传感器,并对激光传感器进行标定。选取姿态传感器和GPS传感器,组成无人直升机激光探测系统。(2)激光传感探测试验研究研究了激光传感器在土壤及作物覆盖情况下的传感特性,以及在不同前进速度下激光特性。主要结论如下:(1)对土壤表面进行探测时,在0.5m~2.5m的范围内,距离测试的变异系数随着高度而减小。对作物冠层进行探测时,测试的变异系数随着测试的高度而减小。激光对作物冠层测试的变异系数均大于同一高度下对土壤测试的变异系数。但高度达到1.5m是两者的趋势基本一样。(2)不同前进速度下,激光发射点到长方体上表面的距离值最小为308 mm,最大为317 mm。当速度为0.3m/s、0.5m/s、0.8m/s时,激光测得发射中心到长方体上表面距离的方差大小基本一样。速度对激光距离的测量影响不大,但会影响激光测量数据的方差值。(3)无人直升机田间激光传感探测试验研究研究了无人直升机在不同飞行高度、不同飞行速度下激光的精度和性能。主要结论如下:(1)在同一高度下,水稻冠层数据的方差,随飞行速度的增大先变小再变大。在同一飞行速度下,水稻冠层数据的方差,随高度降低而增大。但飞行速度为2.5m/s时,方差随着高度的降低先变小再变大。(2)当飞行速度一定时,田埂高度数据方差随高度先增大后减小。当高度一定时,田埂高度数据方差随高度先增大后减小。(3)不同飞行速度和不同作业高度下的反射强度随着飞机飞行高度的增加,水稻反射强度减小,田埂的反射强度值基本保持不变。(4)以水稻和田埂高度差值,作为边界识别方法的阈值。并进行试验的验证。验证结果为:信号分割点出现在1m附近,方差0.27m。在分割的过程中,在激光发射原点的左边存在许多误判点。(4)喷幅测定试验(1)当高度在1.5m以下时,喷幅随着喷雾高度的增加而增加。但高度超过1.5m时,喷幅随着高度的增加而减小。(2)当喷雾高度到达2.5m左右时,雾量峰值不明显,喷幅范围内雾滴分布变得均匀。随着喷雾高度的增加,雾滴沉积逐渐减少。当高度达到2.5m时,雾滴沉积变化不大。