CN103513296A - 一种基于三维加速度传感器的气象侦查探空仪初始姿态及运动状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于基于三轴加速度计检测炮射弹载气象侦查探空仪的初始姿态及运动状态的方法。炮射弹载气象探空仪的出仓姿态不确定，同时在工作过程中受到风的干扰很大。为了解决这些问题，本发明在探空仪中加入一个三轴加速度传感器，检测探空仪初始姿态、探空仪是否遭遇阵风，探空仪是否落地等，极大提高探空仪测得数据的可信度。

Description

一种基于三维加速度传感器的气象侦查探空仪初始姿态及运动状态检测方法

技术领域：

本发明属于气象信息探测领域，本发明主要应用气象侦查探空仪上。

背景技术：

弹载气象侦查探空仪用于采集目标区域的气象信息，包括温度、湿度、气压、风速、风向，并将采集的气象信息通过无线电传输到地面用户基站。弹载气象侦查探空仪被炮弹运载到目标区域上空并被抛出，之后在降落伞的辅助下以一定的速度下落，在下落的过程中检测目标气象诸参数。特别指出，气象侦查探空仪采用GPS接收模块测量风速风向。该测量的前提条件是GPS接收模块必须具有和风一样的运动速度和方向。因此，弹载气象侦查探空仪刚从炮弹里抛出及阵风情况下对实施风速风向测量干扰特别大。刚抛出阶段，测得的风速风向信息包含有探空仪抛出的初始速度信息。而阵风会引起探空仪运动状态突变。而地面接收用户并无法判断所接收到的风速风向信息中是不是包含有这些干扰。同时，弹载气象侦查探空仪采集的气象信息最后被加工处理成气象轮廓线，意味着所有的气象信息都应具有GPS模块提供的明确的位置和时间标志信息。在外界的干扰下，气象侦查探空仪可能由下落状态改变为上升状态，这个阶段测得的气象信息对描绘气象轮廓线是干扰信息。而GPS接收模块在竖直方向的分辨率较低，因而需要依靠外界帮助来更加准确识别出干扰信息。因此，我们提出在弹载气象侦查探空仪上加入一个加速度传感器用于姿态以运动状态检测。目前，还没有定型的气象侦查弹，而其他类型的气象探空仪也没有对探空仪本身的姿态及运动状态进行监测。因此，本发明提出的利用加速度传感器实现检测探空仪姿态及运动状态检测是一种新的手段。

发明内容：

为了让地面用户判断气象侦查探空仪传回的气象数据是否具有足够的可靠性，本发明提出在基于三轴加速度传感器实现气象侦查探空仪初始状态运动状态的检测方法。本发明是在气象侦查探空仪主控电路板上加入一个三轴加速度传感器，实时采集加速传感器的状态信息，GPS接收模块提供的位置和时间标准进行存储，及每一个加速信息都有GPS接收模块提供的位置信息、时间信息作为标志。最后，将加速度信息作为探空仪发给用户报文的组成部分，为用户剔除干扰信息提供参考。根据气象侦查探空仪提供的具有位置信息和时间信息标志的加速度，用户可以判断弹载气象侦查探空仪从炮弹弹体内抛出之后再多长时间里面实现稳定下落，可以判断由气象侦查探空仪和伞组成的的系统是不是在做不可忽略的摆动，可以判断气象侦查探空仪所处的环境是不是有不可忽略的阵风，可以判断气象侦查探空仪是不是已经着地。本发明具有如下特征：

1.本发明提出了一种基于三轴加速度传感器的弹载气象侦查探空仪姿态及运动状态检测方法。

2.本发明的所提及的三轴加速传感器直接安装在弹载气象侦查探空仪的主控板上，置于探空仪内部。

3.本发明所提及的探空仪姿态是指气象侦查探空仪刚从炮弹弹体内部抛出时探空仪的姿态，以及探空仪着地后的姿态。

4.本发明所提及的探空仪运动状态指气象侦查探空仪系统在外界干扰下，可能出现的上下往复运动，非平面内的摆动。

5.本发明所提及的检测方法分两种，一种是根据设定的阈值进行判断，一种是将一定时间内的加速度信息进行拟合并和预设的曲线进行比对来判断。

本发明提出的基于三轴加速传感器的气象侦查探空仪姿态及运动状态检测方法具有如下的优点。

1.本发明提出的检测方法可以提高气象侦查探空仪采集的风速风向信息的可信度。

2.本发明提出的检测方法可以用户在后期根据采集的气象信息绘制气象轮廓线。

3.本发明提出的检测方法使得探空仪具有感知所经过区域阵风频率，强度，分布等信息的能力。

4.本发明提出的检测方法只要在原来的电路板上加入一个三轴加速传感器，是一种低成本，能快速实现的方案。

附图说明：

图1是基于加速度传感器检测探空仪姿态及运动状态的系统构架图

图2是基于加速度传感器检测探空仪姿态及运动状态的工作流程图

具体实施方式：

下面，结合附图，图1、图2讲解一下该专利的具体的实施方式。

图1所示是系统的构架图。在探空仪(1)的基本电路里面包含有中央控制和数据处理核心(2)，在原有的电路板上加入一个加速度传感器(3)。加速度传感器(3)采很据规定的通讯协议与中央控制模块的单片机(2)进行通讯。在探空仪被炮弹抛出之后，电路系统开始工作，在单片机程序中设置在固定的时间里进入加速度测量中断，进行加速度测量，在获得加速度信息之后，将采集时间和加速度信息存入存储芯片(4)。在一段时间之后，采集到足够样本的加速度信息。除了在固定时间不短采集加速度信息之外。数据处理的芯片从存储芯片中读取过去一段时间里面，各个时间的加速度信息。进行处理。处理的步骤见图2。其中，第一判断的阈值是指加速度稳定下降时候，加速度传感器反馈回来的加速度值是地球表面重力加速度值附近的值。如果探空仪在高空中工作，可以根据GPS提供的高度信息分配一个参考的阈值。第二判断的周期性特征是将判断加速度信息是不是呈周期性，规律性变化，通过得到规律性的变化的周期或者加速度的极值都可以判断出伞弹系统的摆动特征。进而可以判断出伞弹稳定特征，从而为探空仪的准确测量提供一个参考。第三个判断，是用于判断是否存在阵风。通过检测突发的减速度信息，这样得到空中的风是稳定态的风还是阵风，这样能丰富探空仪的功能。第四个判断，如果加速的值更加稳定趋于重力加速度值，那么可以得到探空仪已经落地的结论。这就是基于加速度传感器检测探空仪运动状态的新方案。

Claims (4)

1.一种基于三轴加速度传感器的弹载气象侦查系统初始姿态及运动状态检测方法，其特征是：在弹载气象侦查系统上安装一个加速度传感器用于其初始姿态及运动状态。

2.根据权利要求1所述在弹载气象侦查系统上安装一个加速传感器，其特征是：加速度传感器集成于气象侦查系统内部电路板上。

3.根据权利要求1所述气象侦查系统初始姿态，其特征是：气象侦查系统从炮弹弹体内部抛出一小段时间内的随机姿态。

4.根据权利要求1所述气象侦查系统运动状态，其特征是：气象侦查系统在正常工作状态下，其飞行的方向，摆动方向及是否还在运动。