CN104797955B - 风参数指示 - Google Patents

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Abstract

用于提供对风速和风向的指示的风参数指示装置和方法。所述装置沿着朝向地面的空中轨道布置，诸如从飞行中的飞行器投出之后。所述装置包括风速计、高度计、指南针、处理器和发射器。风速计获得沿着空中轨道的局部风速和局部风向测量结果。高度计获得沿着轨道的高度测量结果。指南针获得沿着轨道的方向测量结果。所述装置还可以包括加速度计，用于获得沿着轨道的加速度测量结果。处理器确定与所述设备的预定高度相关联的风速值和风向值。发射器将所确定的风速值和风向值传输至远程定位的接收器。所述装置还可以包括稳定减速器，以沿着轨道稳定和减速装置。

Description

风参数指示
技术领域
所公开的技术通常涉及风速和风向指示器以及飞行器着陆援助。
背景技术
直升机的主要特点是它的执行在几乎任何地点着陆的能力并且并不一定需要与许多其他类型飞行器一样的专用跑道。典型的飞行器着陆包括飞行员从位于附近的飞行器控制站和/或即将进行着陆的机场的操作员接收必要的着陆信息。如果飞行员在无法从外部来源获取必要着陆信息的远程地点着陆飞行器，则必须通过其它方式获得信息。这种信息的关键组成部分是与所希望的着陆点的风况相关的各种参数，诸如风速和风向。必须获知足够高水平精确度的风参数。着陆点的局部风况和邻近地区的那些风况之间可能有显著差异，即使在相对短的距离之间进行比较时也是如此。因此，飞机着陆周边地点的风参数的整体值对于着陆要求来说可能不够精确。而且，风参数是可变的并且可能会突然改变。各种实体或物品可能会沿风路突然转向某一地点，这可能会改变或影响风参数。在某些情况下，飞行员在实际着陆前并不非常清楚确切的着陆点并且可能被迫根据各种限制和不断变化的条件来确定精确地点或者变先前选择的着陆点。此外，着陆点可能位于偏远地点，只能受限地或不能使用着陆援助个体和/或缺少临近飞行器控制站(例如由于地形因素例如湖泊、高山或其他类型的难以到达的地形)。这种限制使得在足够的时间段内以足够程度的精确度来精确风参数和其他必要着陆信息的能力复杂化。
军事和准军事部队常用的实时着陆区信号发射的一种方法，包括使用烟雾弹。所散发的烟雾可以为飞行员提供着陆点的风向指示。尽管烟雾弹易于布置并且可以同时用于另外的目的，但是它们也因为所包含的化学品而具有潜在的危险，并且因此通常限制于授权的人员。此外，烟雾弹不能在水上使用，并且一旦来自第一弹的烟雾已经完全发散则必须用使用新弹。另一种方法是由地面上的人实时在着陆点安装便携式风标或其他高度可见的风测量仪器。然而，这样的风标相对较大并且需要时间来组装，并且因此需要提前足够的时间通知实际着陆点的必要个体。
有本领域中已知的用于测量风速和风向的各种类型的测量仪器和技术。风向标，也被称为“风标(weather vane)”或“风标(weathercock)”，通常是由在其重心安装在垂直定向的杆上的非对称形状指针来实现，以使得所述指针的一端沿着风的方向定向。风向标还可以包括指南针，诸如四臂交叉表示参考方向(北、东、西、南)，提供用于指针校准的基准轴线。相关类型的仪器是推进器或风车式风速计，其具有沿平行于风向的轴线旋转的许多平的或螺旋的叶片。风速可以用叶片的角旋转的函数计算。
风标，也被称为“风袋”或“圆锥风标”，是由织物制成的锥形中空管，其被安装在自由枢轴上，以使得管指向远离风吹过的方向。风标通常是色彩鲜艳的以提高可见度，并且常用在机场(助理飞行员)、在化工厂(由于气体泄漏的风险)和公路沿途(为车辆司机)。
皮托管是一种压力测量仪器，由定位为平行于流体流的方向放置并连接到压力计(压力表)的管组成，提供对流体流速的测量结果。管式风速计通常通过包含液体压力计的U形管实现，其中所述管的一个末端面向风水平弯折，而另一末端保持竖直平行于风流动。吹入水平管末端的风增加压力计一侧的压力，同时沿垂直竖直管末端流动的风几乎不影响另一侧的压力，以使得所得到管中液体的变化提供对风速的指示。通过测量风压操作的另一种类型的风速计是板式风速计板，其仅仅是竖直悬挂的板，其中板表面的风压由弹簧来平衡。弹簧压缩决定对风对板施加的力。板式风速计对微风和可变的风况产生较差响应而对强风产生不准确性。
声波风速计利用超声波测量风速，基于超声波在一对传感器之间的传播时间。多个超声波传感器可以组合产生风流动的三维模型。声波风速计由于其高的时间分辨率而很好地适用于湍流测量，并且由于缺少运动部件也相对坚固和耐用。然而，声波风速计对降水(例如，阴雨天气)期间的不准确性敏感并且也可能需要补偿支承结构的影响。
激光多普勒风速计通过测量发射的激光束的反射的后向散射和相关的多普勒频移来操作。所测量的多普勒频移被用来计算空气中引起后向散射的粒子的速度，其对应于周围区域的风速。
乒乓球风速计涉及简单的从绳子垂下的乒乓球(或类似的轻量物体)的配置。乒乓球角位移的测量结果提供风速的指示，而位移方向对应于风向。
Moore的美国专利第4,080,925号，标题为“便携式表面风指示器(Portablesurface wind indicator)”，涉及可以在远程地点从飞行器投下的便携式风指示器。风指示器包括中心主体构件和从中心构件向外延伸的多个细长的臂。风指示装置，例如带子或旗，连接于各臂的外侧末端。臂被隔开并且设置以使得当指示器指标从飞行器投下时，它将被三个臂支持着陆而另一个臂向上延伸到空气中以便指示风向。
Galbraith的美国专利第5,179,907号，标题为“旗和浮标设备(Flag and buoyapparatus)”，涉及漂浮设备以支撑旗，其可放在水里来指示潜水员的存在。所述设备包括具有多个凹陷插座的主体、多个漂浮臂、旗和柱组件。每个臂被接收在插座中并且从主体径向延伸，同时也被系在主体上。柱组件从主体轴向延伸以支撑旗。臂和柱组件可以从主体分离以便保存设备。
Mooney等人的美国专利第6,378,820号，标题为“用于安装横幅的设备和方法(Apparatus and method for mounting banners)”，涉及用于容易被强烈的风荷载撕裂的横幅或户外结构的安装设备。所述设备包括臂和基底。所述臂包括近端部分、用于保持横幅的远端部分和将近端部分连接至远端部分的弹簧部分。所述基底包括板、接收器和绳带，并且适用于将臂的近端部分固定至柱。
Hunsley的美国专利第6,748,896号，标题为“飘带旗连接件(Streamer flagattachment)”，涉及为旗杆提供视觉上吸引力增强的连接件。连接件包括环状的圈，其包括形成限定中心开口的封闭环的弹性材料。连接件还包括连接到圈的类似套筒的飘带支持器和连接到飘带支持器的一部分并从飘带支持器的一部分径向延伸的柔性材料的多个细长的带。用户可以通过将环状圈围绕旗杆耦接并允许圈抓紧旗杆表面来牢固地安装连接件，从而将连接件保持在适当位置。
Markham的美国专利第7,574,973号，标题为“紧急救援装置和方法(Emergencyrescue device and method)”，涉及包括集成的紧急救援线和反射定位器的装置，用于视觉定位有待救援的人的区域。所述装置包括一个罐，容纳多个反光的线或带。绳带将救援装置固定于用户。当装置被激活时，线以多方向模式从用户弹出。救援人员之后可以拉住所暴露的线中的一条以准确定位受害者。激活元件可以包括集成在罐中的可燃推进剂、爆炸物或压缩气体源。
Lim等人的美国专利申请公开第2003/0126774号，标题为“风指示器(Windindicator)”，涉及风指示器。所述指示器包括具有包括主轴线和网状物的框架的主体。与框架连接的枢轴允许主体绕枢轴的轴线旋转。设置在主轴线上的主轴是绕主轴线可旋转的。主轴包括第一和第二中枢(hub)，其每一个包括中央主体部分和至少一个叶片支撑接收元件。至少一个元件将第一中枢连接至第二中枢以将两个中枢保持在相对于彼此的位置关系。至少一个叶片在两个中枢上的叶片支撑接收元件之间延伸。叶片捕获空气运动并将其转化为主轴的旋转运动。
发明内容
根据所公开的技术的一个方面，由此提供一种可用于提供风速和风向的风参数指示装置。所述装置是可操作的，以便沿朝向地面表面的空中轨道布置。所述装置包括风速计、高度计、指南针、处理器和发射器。所述处理器耦接风速计、高度计、指南针和发射器。风速计操作以获得沿着轨道的局部风速和局部风向测量结果。高度计操作以获得沿着轨道的高度测量结果。指南针操作以获得沿着轨道的方向测量结果。处理器操作以确定与装置的预定高度相关的风速值和风向值。发射器操作以将风速值和风向值传输至远程定位的接收器。所述装置可以在飞行时从飞行器投出。所述装置还可包括加速度计，操作以获得沿着轨道的加速度测量结果。所述装置还可以包括壳体，容纳风速计、高度计、指南针、处理器和发射器。所述装置还包括稳定减速器，与壳体耦接。所述稳定减速器操作以沿着轨道稳定并减速装置。稳定轨道可以是管状中空套筒或降落伞。所述风速计可以包括操作以测量风速的推进器以及操作以沿风向对准的翼。所述风速计可以包括风向标、推进器风速计、风标、皮托管，管式风速计，板式风速计、声波风速计、激光多普勒风速计、乒乓球风速计、全球定位系统(GPS)和/或烟雾弹。所述发射器可以将多个风速值和多个风向值传输至接收器。该发射器可以向接收器连续传输数据。所述发射器可在所述装置到达地面表面之后向接收器传输风速值和风向值。所述装置还可包括计时器，操作以延迟装置的所选部件的布置。所述装置还可包括时钟，操作以为测量建立时间戳。所述装置还可包括另外的测量仪器，诸如温度计、气压计、GPS、辐射探测器、烟雾探测器、烟雾浓度计和/或检测或测量生物或化学有毒剂的装置。所述装置还可包括GPS，操作以确定装置的位置坐标。
所述装置还可包括光源，操作以在着陆时帮助定位装置。所述装置还可以包括设置在壳体内的另外的质块，操作以沿着轨道稳定壳体。壳体可以是在水中可漂浮的。
根据所公开的技术的另一个方面，由此提供了一种风参数指示系统，包括所公开的技术的至少一个风参数指示装置和至少一个接收器单元，操作以接收由所述装置获得的风速值和风向值。所述接收器单元还可以包括显示器，操作以提供风速值和风向值的视觉指示。所述接收器单元还可以包括扬声器，操作以提供风速值和风向值的听觉指示。所述接收器单元还可以包括触觉反馈装置，操作以向装置操作者提供触觉反馈。所述接收器单元还可以包括指南针，操作以获得接收器单元的方向测量结果。所述接收器单元还可以包括输入界面，操作以使操作者能够向接收器单元提供指令。所述装置可以从邻近所希望的着陆点的飞行器布置，并且所述接收器单元可以由飞行器装载，其中风速值和风向值被用来协助飞行器着陆。所述飞行器可为直升机。
根据所公开的技术的另一个方面，由此提供了一种用于提供风速和风向的指示的方法。所述方法包括沿着朝向地面表面的空中轨道布置风参数指示装置的步骤，所述装置包括风速计、高度计、指南针、发射器和处理器。所述方法还包括使用风速计获得沿着轨道的局部风速和局部风向测量结果，使用高度计获得沿着轨道的高度测量结果，以及使用指南针获得沿着轨道的方向测量结果。所述方法还包括使用处理器确定与所述装置的预定高度相关的风速值和风向值，以及使用发射器向远程定位的接收器传输风速值和风向值的步骤。
附图说明
所公开的技术将从下面与附图相结合的详细描述而被更充分理解和认识，其中：
图1是根据所公开的技术的实施方案构建并操作的风参数指示系统的框图；
图2是根据所公开的技术的实施方案构建并操作的风参数指示装置的透视示意图；
图3是根据所公开的技术的另外的实施方案构建并操作具有皮托管风速计的风参数指示装置的横截面侧视示意图；
图4是根据所公开的技术的另一个实施方案构建并操作的具有降落伞的风参数指示装置的侧视示意图；
图5A是根据所公开的技术的实施方案构建并操作的接收器单元的透视示意图；
图5B是根据所公开的技术的实施方案构建并操作的图5A的接收器单元的显示器的示意图；和
图5C是根据所公开的技术的另一个实施方案构建并操作的显示就推荐的飞行路径而言的角边界的显示器的示意图。
具体实施方式
所公开的技术通过提供新的风参数指示装置和包括所述装置和接收器单元的新的风参数指示系统克服了现有技术的缺点。风参数指示装置沿空中轨道布置，例如在飞行过程中从飞行器投出，并且随着所述装置朝向地面表面下落提供风参数测量结果，例如风速和风向。所选风参数值可以从风参数指示装置传输至远程定位的接收器单元。风参数指示系统可以用于飞行器着陆援助、消防和其他潜在的应用。
现在参考图1，这是根据所公开的技术的实施方案构建并操作的风参数指示系统的框图。风参数指示系统包括风参数指示装置100和接收器单元150。风参数指示装置(WPID)100包括风速计102、高度计104、指南针106、加速度计108、处理器110、存储器112、射频(RF)发射器114和时钟116。处理器110耦接风速计10、高度计104、指南针106、加速度计108、存储器112、射频发射器114和时钟116。接收器单元150包括显示器152、扬声器154、指南针156、处理器158、存储器160、RF接收器162和输入界面164。处理器158耦接显示器152、扬声器154、指南针156、存储器160、射频接收器162和输入界面164。
风速计102操作用于在周边区域中测量至少风速和风向。如本文所用的术语“风速计”是指包括用于获得风速测量结果的至少一个装置或仪器和用于获得风向测量结果的至少一个装置或仪器的任何类型的装置、仪器或技术。风速计102可以包括本领域已知的至少一个风参数测量仪器，包括但不限于：风向标、推进器风速计、风标、皮托管、管式风速计、板式风速计、声波风速计、激光多普勒风速计、乒乓球风速计以及类似物。
高度计104操作用于测量高度。如本文所用的术语“高度计”是指用于获得相对于参考水平的物体高度的测量结果的任何类型的装置、仪器或技术。高度计104可以例如通过压力或气压高度计、雷达高度计、激光测距仪、声波高度计以及类似物来实现。
指南针106操作用于测量相对于参考坐标系的方向。如本文所用的术语“指南针”是指用于在相对于地球表面固定的参考的框架内指示方向的任何类型的装置、仪器或技术。指南针106可以通过例如磁性指南针、旋转罗盘、电子指南针(例如地磁仪或光纤旋转罗盘)以及类似物来实现。
加速度计108操作用于测量加速度。如本文所用的术语“加速度计”是指用于获得固有加速度或相对于其自身的惯性参考坐标系的加速度的任何类型的装置、仪器或技术。加速度计108可以通过例如压电加速度计、微机电系统(MEMS)加速度计、应变式加速度计、激光加速度计以及类似物来实现。
存储器112操作用于程序和数据存储。时钟116操作用于测量或记录事件的时间或持续时间，例如通过为其它测量结果提供时间戳(例如，包括测量发生的日期和时间)。RF发射器114操作用于传输RF信号至相应的接收器，例如RF接收器162。应注意的是所传输/所接收的信号也可以可选地为另一种类型(即，不一定是RF)或者在电磁光谱内的其他频率范围内。例如，WPID100可以可选地包括光发射器，用于将光信号传输至光接收器。WPID100还包括电源(未示出)，以向相关部件提供所需的功率。
根据所公开的技术的实施方案，风参数指示系统可用于着陆援助，尤其是当在对于飞行员来说必需的着陆信息可能无法立即从外部源(例如飞行器控制塔)获取的远程地点着陆飞行器，诸如直升机。因此，当飞行器处于足够接近所希望的着陆点，飞行器飞行员(或飞行器中的另一乘客)从飞行器投出WPID100，使得WPID100穿过空气朝向地面下降。WPID100获取各种测量结果并确定与预定高度相关的风速/风向值，如下面所讨论的。WPID100传输所确定的风参数值(通过射频发射器114)至接收器单元150，其位于所述飞行器上。所述飞行器飞行员从接收器单元150获得风参数值(例如，通过在显示器152上观察它们)并且考虑所述数据以便以安全和可靠的方式进行飞行器着陆。应该注意的是，所有必要的测量和随后的处理均由WPID100使用装载部件来运行，该装载部件独立于另外的外部装置或数据源而操作。具体地，风速计102、高度计104、指南针106和加速度计108独立地获得其各自的测量结果，而不需要任何对于WPID100来说是外部的(例如从其远程定位的)另外源，使得WPID100以自给自足的方式运行。
现在参考图2，其是根据所公开的技术的实施方案构建并操作的风参数指示装置的透视示意图，通常标记为101。WPID101包括安全存放各种部件(例如高度计104、指南针106、加速度计108、处理器110)的壳体116。壳体116可以是球形(如在图2中所示)，尽管壳体116也可以可选地是不同的形状。壳体116可以由任何合适的材料(例如聚碳酸酯)制成，但通常可以由提供耐用性和承受连续暴露于室外环境，尤其是恶劣气候条件(例如雨、雪和其他类型的降水)，的能力，以及承受的有力冲击(例如着陆时)的能力的材料制成。壳体116还可以被设计(例如尺寸、形状、材料和其他有关的特征)以便提供特定的空气动力学表征，诸如有效地遵循所希望的空中轨道的能力。壳体116也可以是在水中可漂浮的，以确保WPID101在布置在湖泊或其他水体上后可操作。WPID101包括推进器118和翼120，其起作用以便能够分别测量风速和风向。推进器118被设置在壳体116的周界处的圆形开口内。翼120从壳体116的边缘向外延伸以使得翼120的平坦表面基本上竖直对齐(即垂直于推进器118的旋转平面，以确保风沿着所述推进器的旋转轴流动)。可以理解的是相对于WPID101的壳体116，风速计的其它合适的设置和构型以及相关联的装置也在所公开的技术的范围之内。WPID101还包括天线122，与射频发射器114相关联(图1)，以使得RF信号能够传输。WPID101还包括稳定减速器124，在进一步下文阐述。
对WPID101的操作包括其沿着朝向地面表面的空中轨道的布置。根据所公开的技术的实施方案，WPID101在飞行器飞行时由个体从飞行器诸如直升机投出。投出可以手动(例如，WPID由飞行员或飞行器的另一乘客投出)或自动(例如，WPID经由射弹发射机构发射出去)实行。可以理解的是WPID101通常可通过任何合适的手段沿着朝向地面的空中轨道布置，诸如通过简单地从特定高度抛下WPID101(导致在重力作用下的自由落体运动)。还可以理解的是WPID101完成其空中轨道时最终着陆的地面表面涵盖任何类型的表面和地形，包括水体(例如湖泊)的表面，地面上的平台或其它结构的表面以及类似表面。
当WPID101向下下落时，风速计102连续(例如重复)获取风速和风向测量结果，高度计104连续(例如重复)获取高度测量结果，且指南针106连续(例如重复)获取方向测量结果，且加速度计108连续(例如重复)获取加速度测量结果。例如，风速是根据推进器118的角旋转速度来计算的，而风向是基于翼120的定向和指南针106的读数(例如指南针106提供了翼120朝向哪个方向的连续指示和由此的风向的连续指示)来确定的。不同的测量结果被存储在存储器112中，使得相应的测量结果彼此相联系(例如，使用合适的数据库)。例如，所存储的每一个测量结果可以与对应于何时获得各测量的时间戳相关联。
处理器110确定与预定的高度相关联的风速值和风向值(在本文中称为“最终值”)。一旦最终值已经确定，它们通过RF发射器104传输至接收器单元150。例如，可以选择预定的高度为地面以上约10米。因此，处理器110确定与基本上对应于地面以上约10米的高度的高度测量结果相关联的风速率(speed)测量结果和风速(velocity)测量结果。尽管高度计104以绝对项(例如，相对于海平面或“平均海平面(MSL)”测量结果)提供高度测量结果，并且“地面”的绝对高度取决于实际着陆点的地理位置，其不一定是预先已知的，所需的预定高度仍然可以使用加速度计108获得。特别地，加速度计108提供WPID101何时已经到达地面的指示(例如何时在短持续时间内存在加速度计读数的实质性变化)。处理器110之后为先前获得的具有与地面水平加速度基本相同的时间戳的高度计测量结果指定参考高度(即“地面水平高度”)。随后，处理器110可以追溯确定对应于预定高度(例如，地面水平高度以上10米)的高度测量结果，并且之后确定在与预定高度测量大致相同的时间获得的风速测量结果和风向测量结果。可选地，处理器110可仅基于高度计104(例如，认为在高度计104终止提供数值上不同的连续读数时已经达到地面水平高度)追溯确定预定高度测量结果。可以理解的是最终值可通过可选手段确定，例如通过利用全球定位系统(GPS)以将着陆点的地面绝对高度与预定高度相关联来确定。
WPID101可以可选地提供许多不同的值至接收器单元150(即并不仅仅是风速和风向的单一(最终值))。例如，WPID101可连续传输风参数测量结果至接收器单元150，或可传输对应于间隔高度水平(例如，每隔5M)的风参数测量结果。WPID101实时(即获得风参数测量结果后立刻)向接收器单元150传输，或者可选地，WPID101可以仅在它已经着陆(即结束其空中轨道)后才开始传输。应该注意的是着陆后WPID101可向接收器单元150传输任何先前获得的数据，其存储在存储器112中。
参考图2，稳定减速器124起到沿着其空中轨道为WPID101提供稳定性的作用，以确保WPID101以所期望的定向着陆(例如以使得着陆时翼120的表面是垂直于地面)。稳定减速器124还起到减缓下落的WPID101的向下运动的作用，以便为获得所需的测量值提供足够的时间(即通过产生足够的空气阻力或曳力)。稳定减速器124可以通过由织物制成的管状中空“套筒”来实现，其经由合适的绳带或线缆连接至壳体116以使得壳体116随其朝向地面下落而从稳定减速器124竖直悬挂(如在图2中所示)。WPID101任选地包括布置在壳体116中的另外的质块，以便沿其轨道稳定壳体116并确保壳体116被保持在WPID101的底部上(即，低于稳定减速器124)直到它着陆。这一另外的质块/重量可由包含在壳体116中的电源来(例如，电池)实现。可以理解的是稳定减速器124是任选的，并且所公开的技术也适用于在WPID遵循其向下的轨道时未提供上述稳定化和/或减速的器件的WPID。
WPID100可以包括用于测量其它参数的另外的测量仪器或装置，其也被提供给接收器单元150。例如，WPID100可包括用于测量温度的温度计、用于测量压力的气压计、用于提供地理位置的全球定位系统(GPS)、用于检测或测量辐射的辐射检测器、用于检测烟雾的烟雾检测器、用于测量烟雾浓度的烟雾浓度读数器、用于检测或测量化学或生物有毒剂的装置，以及类似物。应该注意的是GPS可被用于通过定义WPID101的空中轨道的起点坐标和终点坐标获得风参数测量，其中之后计算风对实际轨道的影响以获得相关风参数的指示。因此，GPS可被用于基于WPID100的向下的轨道从理想的竖直路径的偏差补偿或校正由风速计102获得的风参数测量结果(即，除其他因素外，作为风作用于其的结果)。WPID100还可以包括烟雾弹或可选类型的空降(airborne)碎片(如固体或液体颗粒)分配器。
因此，风向测量结果可通过将碎片分散到大气中并观察由风携带的碎片的方向来获得。WPID100可以任选地包括计时器，用于延迟WPID100的某些部件或特征的布置(例如，延迟稳定减速器124的打开或者推进器118或翼120的激活)直到WPID100从飞行器投出之后已经经过特定的持续时间，以便避免可能的故障问题，例如以确保WPID100不会无意中被拖曳至飞行器发动机的转子中。WPID100可以任选地包括光源，例如闪光灯或闪烁LED，以帮助在其着陆后定位WPID100。
WPID100可包括用于提供风参数测量结果的任何类型的独立的风速计(例如独立于另外的外部源来运行，以获得相关的风测量结果)或相关联的部件，以任何合适的设置。现在参考图3，其为根据所公开的技术的另外的实施方案构建并操作的风参数指示装置的横截面侧视示意图，通常标示为130，具有皮托管风速计102。
稳定减速器124可以由降落伞实现。现在参考图4，其为根据所公开的技术的还有另一个实施方案构建并操作的风参数指示装置的侧视示意图，通常标示为140，具有降落伞，标示为142。当WPID140沿着空中轨道下落时，壳体116经由降落伞绳带144从降落伞142竖直悬挂。然而与其他类型的减速器(诸如图2的管状套筒)相比，降落伞可能对风更敏感并且可能导致空中轨道和最终着陆点的更大的可变性，降落伞也可以允许重复使用。
WPID100传输风参数测量结果的最终值(例如，与预定的高度相关联的值)至接收器单元150(图1)。现在参考图5A和5B。图5A是根据所公开的技术的实施方案构建并操作的接收器单元151的透视示意图。图5B是根据所公开的技术的实施方案构建并操作的图5A的接收器单元151的显示器152的示意图。显示器152提供最终的风参数值的视觉指示。所述信息可以任何合适的格式和/或同时以许多不同的格式显示，以便帮助观察者理解。例如，窗口172可以文本形式显示风的相对方向(例如，相对于接收器单元150的当前方向)和风的当前速度：“风向：290℃；风速：18节”。窗口174可以文本形式显示相对于参考的标准导航框架(即相对于四个基本方向)的风向：“风向：NE(东北)”。窗口176可以图形形式经由指向风向的箭头(远离风起源的方向)显示相对于参考的标准导航框架的风向。显示器152也可以显示由接收器单元150的测量仪器得到的和/或由接收器单元150从WPID100接收的任何其它另外的参数(例如温度、气压、全球定位、相关测量结果的时间和日期)。接收器单元151的操作者可使用输入界面164(为了说明目的由图5A中两个按钮165和167所示)在不同观察模式或显示格式之间选择。例如，操作者可以选择不同类型的图形图标代替箭头呈现在显示窗176中，诸如指向当前风向的风标的图标。可选地，操作者可以选择显示相关的图像，诸如推荐着陆区的机场跑道描画和基于风参数值的着陆指令。操作员也可以使用输入界面164在可以显示的可选文本格式之间切换，诸如在不同的测量单位之间转换(例如，在英里和公里之间转化)。输入界面164还允许操作者向WPID101和/或接收器单元150提供指令，诸如定义预定高度的能力，在该预定高度处需要风参数测量结果。
接收器单元151还包括任选的扬声器154(例如，补充或代替显示器152)，用于为最终的风参数值提供听觉指示。例如，扬声器154可产生作为语音信息的音频信息来说明最终的风速值和最终的风向值。扬声器154也可以用于风速和/或风向超过预定阈值时产生特定的可听见的声音(例如警告哔声)。接收器单元151还可以可选地包括触觉反馈装置(未示出)，诸如振动单元，用于提供触觉反馈，补充或代替视觉反馈或听觉反馈。
接收器单元151的操作者可以接收各种形式的反馈的组合，来指示特定事件或一系列可能的事件。例如，如果操作员是着陆飞行器的飞行员，则接收器单元151可以向飞行员提供飞行器目前是否或多大程度偏离推荐飞行路径的反馈。
现在参考图5C，其为根据所公开的技术的另一个实施方案构建并操作的显示相对于推荐飞行路径的角边界的显示器的示意图。飞行器应遵循的推荐飞行路径对应290°的当前风向，其由图5C中竖直虚线所示。飞行员可以在推荐飞行路径的任一侧建立预定余量，诸如在任一侧上15°的角边界，由图5C中实线斜线所示。因此，接收器单元151可向飞行员提供视觉、听觉和/或触觉反馈，以指示各种可能的飞行路径偏差。例如，如果飞行器从推荐飞行路径稍微偏离但停留在15°的角边界内(即，保持在区域178内)，则显示器152可以显示第一种颜色和/或扬声器154可以发出第一种音调和/或触觉反馈单元可以第一种频率振动。相应地，如果飞行器从推荐飞行路径偏离并且偏离至15°角边界以外(即进入区域180)，那么显示器152可显示第二种颜色和/或扬声器154可发出第二种声音和/或触觉反馈装置可以第二种频率振动。
接收器单元151还包括指南针156，其提供相对于参考坐标系的当前方向(与WPID100的指南针106类似)。指南针156提供接收器单元151的方向测量结果，以便为所接收到的风向值提供参考的框架。接收器单元151包括天线166中，与RF发射器162相关联，以使得能接收所传输的RF信号。
接收器单元150可以是独立的分离的单元，或者可以与另一系统或设备(部分或完全)集成。例如，接收器单元150可以与所驾驶的飞行器现有的控制系统或单元集成，例如，显示器152可与飞行器平视显示器(HUD)集成，而RF接收器162可以与现有的飞行器接收器集成。可选地，接收器单元150可以由飞行员佩戴，诸如以手表或其他可穿戴配置的形式。进一步可选地，接收器单元150可以与移动通信设备集成，例如智能手机或平板计算机。
WPID100可以同时向多个接收器单元150传输最终的风参数值。例如，一个飞行器的飞行员可布置单个WPID100，其之后向多个不同的接收器单元150传输在周边区域的风参数值，接收器单元150中的每一个装载于可能在这一区域内的着陆点着陆的各自的飞行器。相反，单个接收器单元150可以同时从多个WPID100接收最终的风参数值。例如，飞行器飞行员可能会考虑多个可能的着陆点，并且之后可能在正在考虑中的每个着陆区域附近布置许多WPIDS100。所述飞行员可以在装载于飞行器的接收器单元150处接收各种风参数值，并且之后由此选择最佳着陆点。根据所公开的技术的实施方案，多个WPID可以与唯一的标签例如标识号码相关联，以使得接收器单元可区分从多个WPID中的每一个接收到的数据。例如，唯一标签的WPID和接收器单元可以在单个套件内集成在一起，并且之后由所述套件的操作者结合使用。
应当理解的是WPID100可将数据传输至位于相当大距离(例如10公里)之外的接收器单元150，并且不需要要求RF发射器114和RF接收器162之间有直接的视线。还应当理解的是所公开的技术的WPID可以布置在各种各样地理位置和气候条件下(例如，白天或夜间，在雨、雾、雪或降水期间，靠近崎岖地形或水体，等等)，并且仍然提供所需要的风参数值。所公开的技术的WPID可以是可重复用于多个布置的或者可以是一次性的(单次使用)。
所公开的技术的风参数指示系统可以用于其它应用。例如，在森林火灾的情况下，风参数指示装置可以为在场的消防队员和救援人员提供大火所处的局部风参数的精确指示，因为这样的风参数可能由于在该地点的浓烟而是其他方式难以获得的。风参数指示装置也可以提供其它有用的参数，诸如烟雾浓度(例如经由烟雾浓度计)，或指示的安全/不安全的着陆地点(例如使用GPS)。所述信息之后可以被用来援助灭火和救援工作。
在根据所公开的技术，用于提供风参数指示的方法包括以下步骤：沿着朝向地面表面的空中轨道布置风参数指示装置，所述装置包括风速计、高度计、指南针、发射器和处理器；使用风速计获得沿着轨道的局部风速和局部风向测量结果；使用高度计获得沿着轨道的高度测量结果；使用指南针获得沿着轨道的方向测量结果；使用所述处理器确定与所述装置的预定高度相关的风速值和风向值；使用所述发射器向远程定位的接收器传输所述风速值和所述风向值。
本领域的技术人员应当理解所公开的技术不限于上文的特别示出和描述的。

Claims (27)

1.用于向远程定位的接收器提供风速和风向的风参数指示装置，其中所述装置在半空中被投出以沿着空中轨道从着陆进场高度降落直到地面表面，其特征在于独立于外部数据源而运行，所述装置包括：
指南针，操作以连续地获得沿着所述轨道的方向测量结果；
风速计，操作以使用由所述指南针获得的方向测量结果连续地获得沿着所述轨道的局部风速和局部风向的测量结果；
高度计，操作以连续地获得沿着所述轨道的高度测量结果；
处理器，与所述风速计、所述高度计和所述指南针耦接，所述处理器操作以在所述装置到达所述地面表面后，确定对应于所述装置的至少一个预定高度相对于所述地面表面的高度测量结果，以及然后基于所获得的测量结果确定与所述至少一个预定高度相关联的风速值和风向值；和
发射器，与所述处理器耦接，所述发射器操作以向所述远程定位的接收器传输与所述至少一个预定高度相关联的所述风速值和所述风向值。
2.根据权利要求1所述的风参数指示装置，其中所述装置在飞行中从飞行器投出。
3.根据权利要求1所述的风参数指示装置，还包括加速度计，所述加速度计与所述处理器耦接，所述加速度计操作以获得沿着所述轨道的加速度测量结果。
4.根据权利要求1所述的风参数指示装置，还包括壳体，所述壳体容纳所述风速计、所述高度计、所述指南针、所述处理器和所述发射器。
5.根据权利要求4所述的风参数指示装置，还包括稳定减速器，所述稳定减速器与所述壳体耦接，所述稳定减速器操作以沿着所述轨道稳定和减速所述装置。
6.根据权利要求5所述的风参数指示装置，其中所述稳定减速器选自：
管式中空套筒；和
降落伞。
7.根据权利要求1所述的风参数指示装置，其中所述风速计包括操作以测量风速的推进器和操作以沿所述风向对准的翼。
8.根据权利要求1所述的风参数指示装置，其中所述风速计选自：
风向标；
推进器风速计；
风标；
皮托管；
管式风速计；
板式风速计；
声波风速计；
激光多普勒风速计；
乒乓球风速计；
烟雾弹；和
其任意组合。
9.根据权利要求1所述的风参数指示装置，其中所述发射器向所述接收器传输多个风速值和多个风向值。
10.根据权利要求9所述的风参数指示装置，其中所述发射器向所述接收器连续传输数据。
11.根据权利要求1所述的风参数指示装置，其中所述发射器在所述装置已经到达所述地面表面之后向所述接收器传输所述风速值和所述风向值。
12.根据权利要求1所述的风参数指示装置，还包括计时器，所述计时器操作以延迟所述装置的所选部件的布置。
13.根据权利要求1所述的风参数指示装置，还包括时钟，所述时钟操作以建立所述测量结果的时间戳。
14.根据权利要求1所述的风参数指示装置，还包括测量仪器，所述测量仪器选自：
温度计；
气压计；
全球定位系统；
辐射探测器；
烟雾探测器；
烟雾浓度计；
用于检测或测量化学或生物有毒剂的装置；和
上述的任意组合。
15.根据权利要求1所述的风参数指示装置，还包括全球定位系统，所述全球定位系统操作以确定所述装置的位置坐标并且基于所述装置的向下轨道从理想竖直路径的偏差来补偿或校正由所述风速计获得的所述局部风速和局部风向测量结果。
16.根据权利要求1所述的风参数指示装置，还包括光源，所述光源操作以在着陆时帮助定位所述装置。
17.根据权利要求4所述的风参数指示装置，还包括放置在所述壳体中的另外的质块，所述质块操作以沿着所述轨道稳定所述壳体。
18.根据权利要求4所述的风参数指示装置，其中所述壳体在水中是可漂浮的。
19.一种风参数指示系统，包括：
至少一个如权利要求1中所述的风参数指示装置；和
至少一个接收器单元，所述接收器单元操作以从所述装置接收与所述至少一个预定高度相关的所述风速值和风向值。
20.根据权利要求19所述的风参数指示系统，其中所述接收器单元还包括显示器，所述显示器操作以提供所述风速值和所述风向值的视觉指示。
21.根据权利要求19所述的风参数指示系统，其中所述接收器单元还包括扬声器，所述扬声器操作以提供所述风速值和所述风向值的听觉指示。
22.根据权利要求19所述的风参数指示系统，其中所述接收器单元还包括触觉反馈装置，所述触觉反馈装置操作以向所述装置的操作者提供触觉反馈。
23.根据权利要求19所述的风参数指示系统，其中所述接收器单元还包括指南针，所述指南针操作以获得所述接收器单元的方向测量结果。
24.根据权利要求19所述的风参数指示系统，其中所述接收器单元还包括输入界面，所述输入界面操作以使操作者能够向所述接收器单元提供指令。
25.根据权利要求19所述的风参数指示系统，其中所述风参数指示装置由邻近所希望着陆点时的飞行器布置，并且所述接收器单元由所述飞行器装载，其中所述风速值和所述风向值被用来协助所述飞行器的着陆。
26.根据权利要求25所述的风参数指示系统，其中所述飞行器是直升机。
27.一种用于向远程定位的接收器提供风速和风向的指示的方法，所述方法包括下列步骤：
在半空中投出风参数指示装置，以沿着空中轨道从着陆进场高度降落直到地面表面，其特征在于独立于外部数据源而运行，所述装置包括风速计、高度计、指南针、发射器和处理器；
使用所述指南针连续地获得沿着所述轨道的方向测量结果；
使用所述风速计，利用由所述指南针获得的方向测量结果连续地获得沿着所述轨道的局部风速和局部风向测量结果；
使用所述高度计连续地获得沿着所述轨道的高度测量结果；
在所述装置到达所述地面表面后，确定对应于所述装置的至少一个预定高度相对于所述地面表面的高度测量结果；
基于所获得的测量结果，使用所述处理器确定与所述至少一个预定高度相关的风速值和风向值；和
使用所述发射器向所述远程定位的接收器传输与所述至少一个预定高度相关联的所述风速值和所述风向值。
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