CN106154355A - 一种系留系统探空仪的倾角补偿方法 - Google Patents

一种系留系统探空仪的倾角补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种系留系统探空仪的倾角补偿方法，首先对气象要素进行采集，然后根据倾角对风向进行补偿，最后将数据进行存储并通过无线数传模块发送给指定的接收设备。与现有技术相比，本发明的一种系留系统探空仪的倾角补偿方法，可针对探空仪在探测过程中磁罗盘与水平面之间的倾角对风向测量的影响，进行有效的倾角补偿，提高风向的测量精度。

Description

一种系留系统探空仪的倾角补偿方法
技术领域
本发明涉及一种系留系统探空仪的倾角补偿方法，属于气象探测技术领域。
背景技术
大气边界层是人类活动和各项生态环境构成的主要层次，是地球表面和自由大气间动量、热量和物质属性交换必经的气层。国内外重大气象实验大都把大气边界层研究作为核心的科学内容之一。系留探空系统是开展大气边界层探测的主要手段，其系统组成主要包括气艇、系留绳、绞车、探空仪以及地面接收系统等。探空仪可对气温、湿度、气压、风速以及风向等气象要素进行探测。
探空仪对风向的测量是用磁罗盘检测地磁场水平方向的分量来确定的。当磁罗盘水平放置时，传感器坐标系的X、Y 轴在水平面内，根据检测的X、Y方向上磁场的强度分量，即可得到风向的具体角度。但探空仪在探测时，始终处于运动状态，并非总处于水平状态，亦即磁罗盘与水平面之间存在倾角，这就使得传感器所检测到的X、Y方向上磁场的强度分量并非实际的强度分量，从而影响了风向测量数据的精度。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种利用具有倾角补偿的系留系统探空仪计算出更加准确的风向数据并加以补偿的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种系留系统探空仪的倾角补偿方法，其特征在于，包括：
A. 在探空仪上安装磁阻传感器和倾角传感器；
B. 倾角检测：用倾角传感器测得重力加速度 在探空仪X、Y、Z三个方向上的分量 ，根据坐标关系求探空仪的俯仰角 和滚转角，计算公式为；
C. 磁通量补偿：利用磁阻传感器测得地磁场在探空仪X、Y、Z三个方向上的分量 ，根据俯仰角 和滚转角对 进行倾角补偿，得到水平方向的磁通量和，计算公式为；
D. 风向求解：利用三角函数关系求得探空仪与磁北的夹角，计算公式为；
E. 磁偏角补偿：根据本地的磁偏角对探空仪与磁北的夹角进行对比修正，得到探空仪与实际的夹角，计算得出风向实际角度，计算公式为 。
作为跟进一步的优选方案，所述倾角传感器的X、Y、Z三个方向均与探空仪的X、Y、Z三个方向一致。
作为跟进一步的优选方案，所述磁阻传感器的X、Y、Z三个方向均与探空仪的X、Y、Z三个方向一致。
有益效果
与现有技术相比，本发明的一种系留系统探空仪的倾角补偿方法，可针对探空仪在探测过程中磁罗盘与水平面之间的倾角对风向测量的影响，进行有效的倾角补偿，提高风向的测量精度。
具体实施方式
下面详细说明本发明的优选技术方案。
本发明的一种系留系统探空仪的倾角补偿方法，包括：
A.在探空仪上安装磁阻传感器和倾角传感器；
B.倾角检测：用倾角传感器测得重力加速度在探空仪X、Y、Z三个方向上的分量 ，根据坐标关系求探空仪的俯仰角 和滚转角，计算公式为；
C.磁通量补偿：利用磁阻传感器测得地磁场在探空仪X、Y、Z三个方向上的分量 ，根据俯仰角 和滚转角对 进行倾角补偿，得到水平方向的磁通量和，计算公式为；
D.风向求解：利用三角函数关系求得探空仪与磁北的夹角，计算公式为；
E.磁偏角补偿：根据本地的磁偏角对探空仪与磁北的夹角进行对比修正，得到探空仪与实际的夹角，计算得出风向实际角度，计算公式为 。
进一步的，所述倾角传感器的X、Y、Z三个方向均与探空仪的X、Y、Z三个方向一致；所述磁阻传感器的X、Y、Z三个方向均与探空仪的X、Y、Z三个方向一致。
本发明的系留系统探空仪，其主要组成包括微型处理器、外围元件、无线数传模块、气压、温度、湿度、风速、风向等气象要素传感器以及倾角传感器，系留系统探空仪的风向测量具有倾角补偿功能，风向传感器的核心部件为磁阻传感器，磁阻传感器具有三轴磁通量检测功能，磁阻传感器为三轴磁阻传感器，倾角传感器具有水平倾角检测功能，倾角传感器通过重力加速度检测的实现对倾角的检测，倾角传感器具有平面重力加速度分量检测功能，倾角传感器为三轴加速度传感器；
与现有系留系统探空仪相比，其增加了倾角传感器，当系留系统探空仪与水平面存在倾角时，可对风向传感器的输出信号进倾角补偿，保证风向数据的准确性。
上述具有倾角补偿的系留系统探空仪包括微型处理器、气象传感器、倾角传感器、无线数传模块和外围元件。上述气象传感器气压、温度、湿度、风速、风向等气象要素传感器以及倾角传感器。上述风向气象传感器的核心传感器为三轴磁阻传感器。上述倾角传感器为三轴加速度传感器。安装倾角传感器和磁阻传感器时，保证两传感器的X、Y、Z三个方向均与探空仪的X、Y、Z三个方向一致。上述微型处理器型号为STC12C5A60S2，气压传感器型号为BMP180，风速传感器为基于码盘红外计数的风杯式风速传感器，温湿度传感器SHT75，三轴磁阻传感器为HMC5883L，三轴加速度传感器ADXL335，无线数传模块为Sx1278，外围元件包括系统电源、各传感器辅助电路以及人机交互接口等。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种系留系统探空仪的倾角补偿方法，其特征在于，包括：
A.在探空仪上安装磁阻传感器和倾角传感器；
B.倾角检测：用倾角传感器测得重力加速度在探空仪X、Y、Z三个方向上的分量 ，根据坐标关系求探空仪的俯仰角 和滚转角，计算公式为；
C.磁通量补偿：利用磁阻传感器测得地磁场在探空仪X、Y、Z三个方向上的分量 ，根据俯仰角 和滚转角对 进行倾角补偿，得到水平方向的磁通量和，计算公式为；
D.风向求解：利用三角函数关系求得探空仪与磁北的夹角，计算公式为；
E.磁偏角补偿：根据本地的磁偏角对探空仪与磁北的夹角进行对比修正，得到探空仪与实际的夹角，计算得出风向实际角度，计算公式为 。
2.根据权利要求1所述的一种系留系统探空仪的倾角补偿方法，其特征在于：所述倾角传感器的X、Y、Z三个方向均与探空仪的X、Y、Z三个方向一致。
3.根据权利要求1所述的一种系留系统探空仪的倾角补偿方法，其特征在于：所述磁阻传感器的X、Y、Z三个方向均与探空仪的X、Y、Z三个方向一致。
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