CN105717068A - 一种大气修正折射率态势分布综合验证系统 - Google Patents

一种大气修正折射率态势分布综合验证系统 Download PDF

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刘峰
刘亚杰
李�杰
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张显峰
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董素芳
杨彤
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Abstract

本发明公开了一种大气修正折射率态势分布综合验证系统，包括边界层低空大气修正折射率测量系统、边界层中高空大气修正折射率测量系统、辅助决策系统和传感器架设评估系统；所述边界层低空大气修正折射率测量系统包括系留式探空球、大气修正折射率传感器、船载红外测温传感器、船载温湿压传感器、第一控制计算机、第一北斗通信模块和船载自动气象站；该大气修正折射率态势分布综合验证系统，具有适用范围广，智能化程度高，传感器自适应组网能力强等特点，并首次设计引入了传感器架设评估系统，量化分析了不同环境、不同平台位置对传感器采集数据的影响，从而使研究人员依据分析结果有针对性地选择合理的安装位置，采集更为准确的试验数据。

Description

一种大气修正折射率态势分布综合验证系统
技术领域
本发明涉及一种大气修正折射率态势分布综合验证系统，在海洋边界层大气中使用，采集的大气修正折射率结果可用于通信、雷达、电子干扰等信息化装备效能相关研究中。
背景技术
大气修正折射率是表征大气对电磁波折射作用强度的重要参数，由大气折射率概念衍生而来。在实际边界层大气环境中，大气修正折射率呈现不同的态势分布形式，从而使边界层大气对在其内传播的电磁波出现不同的折射作用，进而使电磁波的传播轨迹、方向、能量衰减与均匀大气环境展现出不同的结果，最终使信息化装备呈现使用效能的显著变化。现有气象仪器虽然可以获得大气环境中如温度、气压、相对湿度等数据的空间分布信息，进而通过相关公式可以得到初步地大气修正折射率态势分布，但上述设备在数据完整性、关联性、实时性等方面存在一定的不足，同时上述仪器缺乏对架设环境进行评估的相关分析系统，从而无法准确掌握传感器架设环境对仪器的影响程度，也无法对架设环境进行准确地选择，上述情况将会导致采集的数据无法准确反映大气修正折射率的空间态势分布，从而难以将数据作为重要的标准参照信息用于大气波导诊断分析、大气波导数值预报等研究中。
发明内容
现有技术难以满足相关领域人员的科学研究、装备论证等方面的需求，针对上述问题，本发明旨在提供一种大气修正折射率态势分布综合验证系统。
为实现该技术目的，本发明采用的技术方案是：一种大气修正折射率态势分布综合验证系统，包括边界层低空大气修正折射率测量系统、边界层中高空大气修正折射率测量系统、辅助决策系统和传感器架设评估系统。
所述边界层低空大气修正折射率测量系统包括系留式探空球、大气修正折射率传感器、船载红外测温传感器、船载温湿压传感器、第一控制计算机、第一北斗通信模块和船载自动气象站；所述船载红外测温传感器、船载温湿压传感器、第一控制计算机和第一北斗通信模块均设置在船体上；所述系留式探空球通过连接绳与船体连接。
所述边界层中高空大气修正折射率测量系统包括高空边界层测量探空球、探空火箭系统、第二控制计算机和第二北斗模块；所述第二控制计算机和第二北斗模块设置在船体上；所述高空边界层测量探空球通过连接绳连接在船体上，且在高空边界层测量探空球底端设置有大气修正折射率传感器。
所述辅助决策系统包括区域预测模块和实时计算模块。
所述传感器架设评估系统包括船载平台模块库、传感器模块库、气象环境参数模块、影响评估模块和显示模块。
作为本发明的进一步技术方案：高空边界层测量探空球用于高空边界层大气环境探测，探空火箭用于中空边界层大气环境探测。
进一步，所述第一控制计算机和第二控制计算机均为内置数据接收器的计算机。
进一步，所述大气修正折射率传感器在连接绳上设置有15个，相邻大气修正折射率传感器间隔2米。
进一步，所述大气修正折射率传感器同时采集整个剖面，并将采集的数据传输至控制计算机，计算机将采集的数据通过北斗模块传送至岸上的相应设备用于比对分析；船载红外测温传感器负责采集海表温度数据，自动气象站负责采集距离海面2米高度处不受船体和人员辐射影响的温度、湿度和风数据，进而折算成大气修正折射率用于补充海面至3米高度上的大气修正折射率结果。
进一步，所述实时计算模块用来初步估算特定地点的大气修正折射率分布廓线，研究人员可以根据初步分析的的廓线结果，结合试验环境等因素综合决定是否运行大气修正折射率态势分布综合验证系统的其余子系统。
进一步，所述船载平台模块库将目前常用的船载平台进行建模构建成库，用户根据需要将传感器模块库中选择的相应组件放置于从船载平台模块库中已选择平台的不同位置上，结合气象环境参数模块中设定的参数，通过影响评估模块计算得到平台不同位置上的分析结果，最后经过显示模块给用户呈现出所需的画面。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该大气修正折射率态势分布综合验证系统，具有适用范围广，智能化程度高，传感器自适应组网能力强等特点，并首次设计引入了传感器架设评估系统，量化分析了不同环境、不同平台位置对传感器采集数据的影响，从而使研究人员依据分析结果有针对性地选择合理的安装位置，采集更为准确的试验数据。通过辅助决策系统提供的所在区域边界层大气修正折射率初步态势评估结果，可为研究人员是否进行测量试验，何时运行边界层低空大气修正折射率测量系统、边界层中高空大气修正折射率测量系统以及传感器架设评估系统提供辅助决策。通过边界层低空大气修正折射率测量系统采集低空边界层的大气修正折射率数据，通过边界层中高空大气修正折射率测量系统采集中高空边界层大气修正折射率数据，上述两型测量系统可通过无线传输模块进行数据传输和验证。大气修正折射率态势分布综合验证系统采集的数据在完整性、关联性、实时性等方面与传统系统相比有显著的提升。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的边界层低空大气修正折射率测量系统的组成图；
图3为本发明的边界层中高空大气修正折射率测量系统的组成图；
图4为本发明的辅助决策系统的组成图；
图5为本发明的传感器架设评估系统的组成图。
附图标记中：边界层低空大气修正折射率测量系统1；边界层中高空大气修正折射率测量系统2；辅助决策系统3；传感器架设评估系统4；系留式探空球11；大气修正折射率传感器12；船载红外测温传感器13；船载温湿压传感器14；第一控制计算机15；第一北斗通信模块16；船载自动气象站17；高空边界层测量探空球21；探空火箭系统22；第二控制计算机23；第二北斗模块24；区域预测模块31；实时计算模块32；船载平台模块库41；传感器模块库42；气象环境参数模块43；影响评估模块44；显示模块45。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅说明书附图1-5，本发明实施例中，一种大气修正折射率态势分布综合验证系统，包括边界层低空大气修正折射率测量系统1、边界层中高空大气修正折射率测量系统2、辅助决策系统3和传感器架设评估系统4；
所述边界层低空大气修正折射率测量系统1包括系留式探空球11、大气修正折射率传感器12、船载红外测温传感器13、船载温湿压传感器14、第一控制计算机15、第一北斗通信模块16和船载自动气象站17；所述船载红外测温传感器13、船载温湿压传感器14、第一控制计算机15和第一北斗通信模块16均设置在船体上；所述系留式探空球11通过连接绳与船体连接；
所述边界层中高空大气修正折射率测量系统2包括高空边界层测量探空球21、探空火箭系统22、第二控制计算机23和第二北斗模块24；所述第二控制计算机23和第二北斗模块24设置在船体上；所述高空边界层测量探空球21通过连接绳连接在船体上，且在高空边界层测量探空球21底端设置有大气修正折射率传感器12；
所述辅助决策系统3包括区域预测模块31和实时计算模块32；
所述传感器架设评估系统4包括船载平台模块库41、传感器模块库42、气象环境参数模块43、影响评估模块44和显示模块45。
作为本发明的进一步技术方案：高空边界层测量探空球21用于高空边界层大气环境探测，探空火箭用于中空边界层大气环境探测。
进一步，所述第一控制计算机15和第二控制计算机23均为内置数据接收器的计算机。
进一步，所述大气修正折射率传感器12在连接绳上设置有15个，相邻大气修正折射率传感器12间隔2米。
进一步，所述大气修正折射率传感器12同时采集整个剖面，并将采集的数据传输至控制计算机，计算机将采集的数据通过北斗模块传送至岸上的相应设备用于比对分析；船载红外测温传感器负责采集海表温度数据，自动气象站负责采集距离海面2米高度处不受船体和人员辐射影响的温度、湿度和风数据，进而折算成大气修正折射率用于补充海面至3米高度上的大气修正折射率结果。
进一步，所述高空边界层探空球21用于高空边界层大气环境，探空火箭系统22用于中空边界层大气环境。
进一步，所述实时计算模块32用来初步估算特定地点的大气修正折射率分布廓线，研究人员可以根据初步分析的的廓线结果，结合试验环境等因素综合决定是否运行大气修正折射率态势分布综合验证系统的其余子系统。
本发明的作用原理为：
架设在小船上的系留气球11吊载着15个间隔2米的自组网大气修正折射率传感器悬停在30米的高度上（传感器数量以及相互间隔可根据研究需要进行调整），获取3米至31米高度上的大气修正折射率廓线。自组网传感器同时采集整个剖面，并将采集的数据传输至第一控制计算机15，第一控制计算机15将采集的数据通过第一北斗通信模块16传送至岸上的相应设备用于比对分析。船载红外测温传感器13负责采集海表温度数据，船载自动气象站17负责采集距离海面2米高度处不受船体和人员辐射影响的温度、湿度和风数据，进而折算成大气修正折射率用于补充海面至3米高度上的大气修正折射率结果。
辅助决策系统3由区域预测模块31和实时计算模块32组成。区域预测模块31用来给出一定区域内海洋大气边界层中大气修正折射率初步预估的空间态势分布，研究人员可以根据初步预估的分布结果来制订试验方案、规划试验路线、调整试验用品和参试人员数量等。实时计算模块32用来初步估算特定地点的大气修正折射率分布廓线，研究人员可以根据初步分析的的廓线结果，结合试验环境等因素综合决定是否运行大气修正折射率态势分布综合验证系统的其余子系统。
所述船载平台模块库41将目前常用的船载平台进行建模构建成库，用户根据需要将传感器模块库42中选择的相应组件放置于从船载平台模块库41中已选择平台的不同位置上，结合气象环境参数模块中设定的参数，通过影响评估模块计算得到平台不同位置上的分析结果，最后经过显示模块给用户呈现出所需的画面。
船载平台模块库将目前常用的船载平台进行建模构建成库，用户可根据需要将传感器模块库中选择的相应组件放置于从船载平台模块库中已选择平台的不同位置上，结合气象环境参数模块中设定的参数，通过影响评估模块计算得到平台不同位置上的分析结果，最后经过显示模块给用户呈现出所需的画面。
对于本领域技术人员而言，然而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，能够以其它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。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大气修正折射率态势分布综合验证系统，包括边界层低空大气修正折射率测量系统、边界层中高空大气修正折射率测量系统、辅助决策系统和传感器架设评估系统；其特征在于：
所述边界层低空大气修正折射率测量系统包括系留式探空球、大气修正折射率传感器、船载红外测温传感器、船载温湿压传感器、第一控制计算机、第一北斗通信模块和船载自动气象站；所述船载红外测温传感器、船载温湿压传感器、第一控制计算机和第一北斗通信模块均设置在船体上；所述系留式探空球通过连接绳与船体连接；
所述边界层中高空大气修正折射率测量系统包括高空边界层测量探空球、探空火箭系统、第二控制计算机和第二北斗模块；所述第二控制计算机和第二北斗模块设置在船体上；所述高空边界层测量探空球通过连接绳连接在船体上，且在高空边界层测量探空球底端设置有大气修正折射率传感器；
所述辅助决策系统包括区域预测模块和实时计算模块；
所述传感器架设评估系统包括船载平台模块库、传感器模块库、气象环境参数模块、影响评估模块和显示模块。
2.根据权利要求1所述的一种大气修正折射率态势分布综合验证系统，其特征在于：所述高空边界层测量探空球用于高空边界层大气环境探测，探空火箭用于中空边界层大气环境探测。
3.根据权利要求1所述的一种大气修正折射率态势分布综合验证系统，其特征在于：所述第一控制计算机和第二控制计算机均为内置数据接收器的计算机。
4.根据权利要求1所述的一种大气修正折射率态势分布综合验证系统，其特征在于：所述大气修正折射率传感器在连接绳上设置有15个，相邻大气修正折射率传感器间隔2米。
5.根据权利要求1所述的一种大气修正折射率态势分布综合验证系统，其特征在于：所述大气修正折射率传感器同时采集整个剖面，并将采集的数据传输至控制计算机，计算机将采集的数据通过北斗模块传送至岸上的相应设备用于比对分析；船载红外测温传感器负责采集海表温度数据，自动气象站负责采集距离海面2米高度处不受船体和人员辐射影响的温度、湿度和风数据，进而折算成大气修正折射率用于补充海面至3米高度上的大气修正折射率结果。
6.根据权利要求1所述的一种大气修正折射率态势分布综合验证系统，其特征在于：所述实时计算模块用来初步估算特定地点的大气修正折射率分布廓线，研究人员可以根据初步分析的的廓线结果，结合试验环境等因素综合决定是否运行大气修正折射率态势分布综合验证系统的其余子系统。
7.根据权利要求1所述的一种大气修正折射率态势分布综合验证系统，其特征在于：所述船载平台模块库将目前常用的船载平台进行建模构建成库，用户根据需要将传感器模块库中选择的相应组件放置于从船载平台模块库中已选择平台的不同位置上，结合气象环境参数模块中设定的参数，通过影响评估模块计算得到平台不同位置上的分析结果，最后经过显示模块给用户呈现出所需的画面。
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