CN106597573A - 一种模拟探空仪及探空仪装置 - Google Patents

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Abstract

一种模拟探空仪，包括高空气象探测数据生成器模块、接口电路模块、A/D转换模块、无线电信号发射模块，高空气象探测数据生成器模块、接口电路模块、A/D转换模块、无线电信号发射模块依次相连；高空气象数据生成器电路模块由一阶RC响应电路、模拟函数乘法器组成，A/D转换模块由A/D转换器、微控制器组成，模拟乘法器连接到一阶RC响应电路，每个模拟乘法器通过一个采样/保持电路连接到多路开关，多路开关的输出端连接到A/D转换模块的A/D转换器，A/D转换器连接到微控制器，微控制器输出高空气象数字信号。本发明还公开一种使用上述模拟探空仪的探空装置。本发明的优点在于：模拟探空仪探测成本低，不受购买数量限制，能够很好的达到探测人员训练效果。

Description

一种模拟探空仪及探空仪装置
技术领域
本发明涉及雷达探测系统，尤其涉及的是一种探空仪。
背景技术
气象雷达探测系统使用数字探空仪作为高空气象探测器材，实时探测地面至空中30公里范围内的大气温度、相对湿度、气压、风向和风速。探测过程与操作流程复杂，气象站培养一名技能熟练操作手需要较长的训练周期，施放较多探空仪组织培训。经过普遍调研，使用单位一致反映直接使用实装探空仪进行日常高空气象探测训练，存在着训练成本高，浪费训练资源和训练效益不高等问题：
实装探空仪是一次性使用的高空气象探测器材。每个售价在一千元左右，同时该设备属于精密仪器，掉地后不能再次使用。相关单位反映，如果需要频繁进行日常气象探测，仅探空仪一项，每年就需要大量经费支持，严重浪费物力、财力。
由于探测成本高，使用经费难以支撑，购买探空仪数量有限，极大地限制了高空气象日常探测频次，严重影响探测人员训练效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种探测成本低，不受购买数量限制，能够很好的达到探测人员训练效果的模拟探空仪。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种模拟探空仪，包括高空气象探测数据生成器模块、接口电路模块、A/D转换模块、无线电信号发射模块、给无线电信号发射模块供电的探空仪电池，高空气象探测数据生成器模块、接口电路模块、A/D转换模块、无线电信号发射模块依次相连；
其中，高空气象数据生成器电路模块由一阶RC响应电路、模拟函数乘法器组成，A/D转换模块由A/D转换器、微控制器组成，所述模拟乘法器根据传感器的数量选择，模拟乘法器连接到一阶RC响应电路，每个模拟乘法器通过一个采样/保持电路连接到多路开关，多路开关的输出端连接到A/D转换模块的A/D转换器，A/D转换器连接到微控制器，微控制器输出高空气象数字信号。
作为优化的技术方案，采样/保持电路采用集成芯片LF398，多路开关选用8通道模拟多路开关CD4051，A/D转换器采用AD574，微控制器选用普通型单片机Intel公司的8051。
作为优化的技术方案，模拟探空仪的具体工作过程如下：
模拟探空仪施放升空的同时，一阶RC零状态响应电路开始工作，并向模拟乘法器输出随模拟探测时间变化的电压信号，温、湿、压模拟乘法器产生与温、湿、压传感器模块实际探测时输出电压变化规律相一致的变化电压，这些变化值通过A/D转换模块转化成不同的二进制数据，同时将这些“探测”到的气象信息，调制到无线电数据发射模块上，使其产生不同的工作状态，向地面雷达发射温、湿、压无线电二进制代码和测距应答脉冲，地面雷达设备接收到无线电信号，解调、还原为“探测”信息，再传输给地面气象数据处理设备，“探测”信号经过数据计算处理后，实时显示为高空气象参数，并可以在气象数据编制模块中生成气象数据，从而完成地面至空中30公里垂直高度范围内的大气综合日常气象“探测”。
作为优化的技术方案，温、湿、压模拟乘法器产生与温、湿、压传感器模块实际探测时输出电压变化规律相一致的变化电压，是基于温、湿、压探测数据简化数学模型，高空气象探测数据简化数学模型的实质，是高空气象探测数据生成器模块的输出电压随探测时间变化的函数。
作为优化的技术方案，所述模拟探测仪的探测的范围为0～30公里，首先将30公里以下的大气分为对流层和同温层，根据气温随高度分布标准定律可计算出对流层的高度为10.65km，0～30公里的大气层温、湿、压随高度变化规律的简化数学模型如下：
(1)温度随探测时间变化规律的简化数学模型
(2)湿度随探测时间变化规律的简化数学模型
(3)气压随探测时间变化规律的简化数学模型
P＝1112.8exp(-0.0469·t) (0min≤t≤85min) (式4.13)
输出电压随温度变化规律的简化数学模型可拟合为：
UT＝-0.07T+5 (-70℃≤T≤+50℃) (式4.14)
输出电压随湿度变化规律的简化数学模型可拟合为：
输出电压随气压变化规律的简化数学模型可拟合为：
UP＝-0.005P+9.5 (0hPa≤P≤1060hPa) (式4.16)。
作为优化的技术方案，在所述0～30公里温、湿、压变化规律的简化数学模型和温、湿、压传感器模块测试及其简化数学模型的基础上，建立温、湿、压高空气象探测数据简化数学模型如下：
(1)温度探测数据简化数学模型的分析建立
由式4.14温度传感器模块输出电压随温度变化规律的简化数学模型和式4.5温度随探测时间变化规律的简化数学模型可得，温度传感器模块输出电压随探测时间变化规律的简化数学模型，即温度探测数据的简化数学模型为：
(2)湿度探测数据简化数学模型的分析建立
由式4.15湿度传感器模块输出电压随湿度变化规律的简化数学模型和式4.8湿度随探测时间变化规律的简化数学模型，
可得，湿度传感器模块输出电压随探测时间变化规律的简化数学模型，即湿度探测数据的简化数学模型为：
(3)气压探测数据简化数学模型的分析建立
由式4.16气压传感器模块输出电压随气压变化规律的简化数学模型和式4.13气压随探测时间变化规律的简化数学模型，
可得，气压传感器模块输出电压随探测时间变化规律的简化数学模型，即气压探测数据的简化数学模型为：
UP＝-5.564[exp(-0.0469·t)]+9.5 (0min≤t≤85min) (式4.19)
作为优化的技术方案，温度随探测时间变化规律的简化数学模型建立过程为：
探测资料证明：在对流层中，温度随高度的增加而线性下降，气温直减率为高度每升高100m，气温下降0.65℃；在平流层中，温度随高度的变化很小或不变；
又由探空气球的理论升速为：300～400m/min，若取升速为：350m/min，则，探空仪上升到对流层顶10.65公里，大约需要30分钟，上升到30公里的高空，大约需要85分钟；
因此，根据式4.2的气温标准定律，基于放球时间段测得的温度随探测时间的变化数据，采用最小二乘法线形拟合如式4.3：
式中参数为：
T0n＝15℃ G1＝6.328℃·m-1
在对流层中，温度随探测时间变化规律的简化数学模型可拟合如下：
T＝-2.2t+19.5 (0min≤t≤30min) (式4.3)
在平流层中，温度随探测时间变化规律的简化数学模型可拟合如下：
T＝[-70,-50] (30min＜t≤85min) (式4.4)。
作为优化的技术方案，湿度随探测时间变化规律的简化数学模型建立过程为：
探测资料证明：湿度随高度的分布与气温、对流、凝结、蒸发、降水等错综复杂的变化有关，在对流层中，湿度随高度的变化剧烈，湿度先升高，再降低，变化范围为20％RH至90％RH；在平流层中，温度随高度的变化稳定，在20％RH至90％RH范围内，基本保持不变；
因此，根据湿度变化规律，基于放球时间段测得的温度随探测时间的变化数据，采用最小二乘法曲线拟合；
在对流层中，湿度随探测时间变化规律的简化数学模型可拟合如下：
F＝-0.27t2+8.1t+19.4 (式4.6)
在平流层中，湿度随探测时间变化规律的简化数学模型可拟合如下：
F＝[0,20] (式4.7)。
作为优化的技术方案，气压随探测时间变化规律的简化数学模型建立过程如下：
气象学理论和观测实践表明，大气满足“大气垂直平衡”假设：在任意高度处，任一微小气团在垂直方向上处于动力平衡状态；
探测资料也证明：气压随高度的增高而降低，符合负指数的递减规律，越往高空，大气越稀薄，气压随高度下降得就越慢，在近地面大气中，高度每升高100米，气压约下降12hPa；而到10公里高度附近，每升高100米仅下降4hPa，如在5.5公里高度上，气压约降低到地面气压的一半，而在11公里高度上，气压约降低到地面气压的四分之一；
因此，根据式4.12的气压标准定律，基于放球时间段测得的湿度随时间的变化数据，采用最小二乘法指数拟合，
0～30公里气压随探测时间变化规律的简化数学模型可拟合如下：
P＝1112.8exp(-0.0469·t) (0min≤t≤85min) (式4.13)。
本发明还公开一种使用上述任一项技术方案所述的模拟探空仪的探空装置，包括高空气象探测数据生成器模块、接口电路模块、A/D转换模块、无线电信号发射模块、给无线电信号发射模块供电的探空仪电池，高空气象探测数据生成器模块、接口电路模块、A/D转换模块、无线电信号发射模块依次相连；
其中，高空气象数据生成器电路模块由一阶RC响应电路、模拟函数乘法器组成，A/D转换模块由A/D转换器、微控制器组成，所述模拟乘法器根据传感器的数量选择，模拟乘法器连接到一阶RC响应电路，每个模拟乘法器通过一个采样/保持电路连接到多路开关，多路开关的输出端连接到A/D转换模块的A/D转换器，A/D转换器连接到微控制器，微控制器输出高空气象数字信号；
该探空装置还包括地面雷达接收天线和气象数据处理设备，地面雷达接收天线接收到该高空气象数字信号后，送到气象数据处理设备进行处理。
该探空装置还包括连接到气象数据处理设备的探空仪数据软盘。
本发明相比现有技术具有以下优点：①能够模拟实装探空仪的传感器模块产生高空气象“探测”信息，其变化规律与高空气象的变化规律一致；
②能够实现高空气象“探测”信息的产生，并可以发送给实装地面接收处理设备，经地面气象数据处理设备处理后，形成气象数据，其形式与基于实装探空仪生成气象数据的形式一致；
③能够实现探空仪的放球、跟球等操作步骤，实现探空仪的单体操作使用，其操作过程和探测作业要领与实装一致；
④能够嵌入气象雷达探测系统中开展高空气象日常探测使用。与实装探空仪对比，模拟探空仪产生的高空气象“探测”信息要与实装探空仪实际探测的高空气象信息变化规律一致，操作步骤、探测要领、过程要与实装一致，产生的气象数据要与实装形式一致，要完全能够替代实装探空仪开展日常高空气象探测。
因此，本发明模拟探空仪探测成本低，不受购买数量限制，能够很好的达到探测人员训练效果。
附图说明
图1是本发明模拟探空仪的总体设计框图；
图2为高空气象探测数据生成器模块及其接口电路模块和A/D转换模块的设计框图；
图3为本发明中使用的无线电数据发射模块的原理框图；
图4为模拟探空仪的工作原理框图；
图5A至图5H为安徽合肥某地0～30公里不同时间测得的温度、湿度、气压随高度的变化曲线图：其中图5A至图5C是2015年4月14日测得的温、湿、压随高度的变化曲线；图5D至图5F是2015年5月5日测得的温、湿、压随高度的变化曲线；图5G至图5H是2015年5月17日测得的温、湿、压随高度的变化曲线。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本本发明模拟探空仪包括高空气象探测数据生成器模块、接口电路模块、A/D转换模块、无线电信号发射模块、探空仪电池，及探空仪数据软盘。高空气象探测数据生成器模块、接口电路模块、A/D转换模块、无线电信号发射模块依次相连。
结合图2所示，图2为高空气象探测数据生成器模块及其接口电路模块和A/D转换模块的设计框图。
模拟探空仪采用高空气象数据生成器电路模块替代了实装的温度传感器、湿度传感器、气压传感器，由于传感器被替换，原有的智能转换器已不匹配高空气象数据生成器电路模块，因此使用A/D转换模块替代原有的智能转换器。其中，高空气象数据生成器电路模块由一阶RC响应电路、模拟函数乘法器组成，A/D转换模块由A/D转换器、微控制器组成。所述模拟乘法器根据传感器的数量选择，模拟乘法器连接到一阶RC响应电路，每个模拟乘法器通过一个采样/保持电路连接到多路开关，多路开关的输出端连接到A/D转换模块的A/D转换器，A/D转换器连接到微控制器，微控制器输出高空气象数字信号。
本实施例中，采样/保持电路采用集成芯片LF398，多路开关选用8通道模拟多路开关CD4051，A/D转换器采用AD574，微控制器选用普通型单片机Intel(英特尔)公司的8051。
一阶RC零应电路充当时间信号源，产生随时间变化的电压，模拟函数乘法器输出符合函数关系的变化电压。
在成本方面，通过元器件成本比较，仅仅高空气象数据生成器电路模块成本就比实际的温、湿、压传感器模块成本降低一半以上。
如图3所示，无线电信号发射模块包括依次相连的调制电路、发射机电路以及天线，上述微控制器输出高空气象数字信号输入到调制电路，通过天线发射出去。地面雷达接收天线接收到该高空气象数字信号后，送到气象数据处理设备进行处理。
地面雷达接收天线采用风廓线雷达、无线电经纬仪接收设备，用于模拟探空仪的地面无线电信号接收，接收到数据信息后，送到气象数据处理设备进行分析、处理，计算高空气象探测数据、编制气象数据并显示输出。
模拟探空仪能够实现以下功能：
①能够模拟实装探空仪的传感器模块产生高空气象“探测”信息，其变化规律与高空气象的变化规律一致；
②能够实现高空气象“探测”信息的产生，并可以发送给实装地面接收处理设备，经地面气象数据处理设备处理后，形成气象数据，其形式与基于实装探空仪生成气象数据的形式一致；
③能够实现探空仪的放球、跟球等操作步骤，实现探空仪的单体操作使用，其操作过程和探测作业要领与实装一致；
④能够嵌入气象雷达探测系统中开展高空气象日常探测使用。与实装探空仪对比，模拟探空仪产生的高空气象“探测”信息要与实装探空仪实际探测的高空气象信息变化规律一致，操作步骤、探测要领、过程要与实装一致，产生的气象数据要与实装形式一致，要完全能够替代实装探空仪开展日常高空气象探测。
请参阅图4所示，模拟探空仪的具体工作过程如下：
模拟探空仪施放升空的同时，一阶RC零状态响应电路开始工作，并向模拟乘法器输出随模拟探测时间变化的电压信号，温、湿、压模拟乘法器(图4中A)分别基于温、湿、压探测数据简化数学模型和自身电路设定，产生与温、湿、压传感器模块实际探测时输出电压变化规律相一致的变化电压，这些变化值通过A/D转换模块(图4中B)转化成不同的二进制数据，同时将这些“探测”到的气象信息，调制到无线电数据发射模块上(图4中C)，使其产生不同的工作状态，向地面雷达(图4中D)发射温、湿、压无线电二进制代码和测距应答脉冲，地面雷达设备接收到无线电信号，解调、还原为“探测”信息，再传输给地面气象数据处理设备(图4中D)，“探测”信号经过数据计算处理后，实时显示为高空气象参数，并可以在气象数据编制模块中生成气象数据，从而完成地面至空中30公里垂直高度范围内的大气综合日常气象“探测”。
模拟探空仪与实装探空仪对比，区别主要在于：高空气象数据的产生机理不同。实装探空仪是传感器模块实际感应高空气象温、湿、压的变化而改变输出电压的大小，从而实现高空气象探测任务。模拟探空仪是由高空气象数据生成器电路模块模拟传感器模块在高空中电压的变化而产生变化的电压，从而实现高空气象“探测”任务。
分析与建立高空气象探测数据简化数学模型是高空气象探测数据生成器模块设计的基础。
高空气象探测数据简化数学模型的实质，是高空气象探测数据生成器模块的输出电压随探测时间变化的函数。因此，建立高空气象探测数据简化数学模型，需要分析0～30公里大气变化规律的简化数学模型，以及温、湿、压传感器模块变化特性的简化数学模型。
由于实装探空仪探测的范围为0～30公里，所以下面仅介绍0～30公里的大气垂直分层及特性，并且根据实装探空仪现场放飞试验取得的温度、湿度、气压随高度变化的曲线，在此基础上，分析建立温、湿、压随高度变化规律的简化数学模型。
本技术方案中，将30公里以下的大气分为对流层和同温层，根据气温随高度分布标准定律可计算出对流层的高度为10.65km。
图5A至图5H示出了安徽合肥某地0～30公里温度、湿度、气压随高度的变化曲线。合肥地处我国中南部，较好的反映了我国中南部0～30公里的大气分层和变化特性。
建立数学模型时，需要对大量的基础数据进行处理，数据处理的方法很多，例如：最小二乘法曲线拟合、数值插值、数值微商和数值积分等方法。其中，最小二乘法曲线拟合具有不要求拟合曲线通过所有已知点、占用内存少、易于Matlab编程实现和更接近于真实函数的优点。同时，Matlab数据处理功能强大。因此，在广泛收集基础数据，建立数学模型的过程中，以最小二乘法曲线拟合理论为基本理论，以Matlab编程工具为基本工具。
(1)温度随探测时间变化规律的简化数学模型
探测资料证明：在对流层中，一般情况下，温度随高度的增加而线性下降，气温直减率在不同地区、不同季节、不同高度是不一致的，平均而言，高度每升高100m，气温下降0.65℃；在平流层中，温度随高度的变化很小或不变。
又由探空气球的理论升速为：300～400m/min，若取升速为：350m/min，则，探空仪上升到对流层顶10.65公里，大约需要30分钟，上升到30公里的高空，大约需要85分钟。
因此，根据新气温标准定律(式4.2)，基于放球时间段测得的温度随探测时间的变化数据，采用最小二乘法线形拟合如式4.3。
式中参数(同标准定律)为：
T0n＝15℃ G1＝6.328℃·m-1
在对流层中，温度随探测时间变化规律的简化数学模型可拟合如下：
T＝-2.2t+19.5 (0min≤t≤30min) (式4.3)
在平流层中，温度随探测时间变化规律的简化数学模型可拟合如下：
T＝[-70,-50] (30min＜t≤85min) (式4.4)
则，0～30公里温度随探测时间变化规律的简化数学模型为：
(2)湿度随探测时间变化规律的简化数学模型
探测资料证明：湿度随高度的分布与气温、对流、凝结、蒸发、降水等错综复杂的变化有关，在对流层中，湿度随高度的变化剧烈，但一般而言，可以认为湿度先升高，再降低，变化范围为20％RH至90％RH；在平流层中，温度随高度的变化稳定，在20％RH至90％RH范围内，基本保持不变。
因此，根据湿度变化规律，基于放球时间段测得的温度随探测时间的变化数据，采用最小二乘法曲线拟合，
在对流层中，湿度随探测时间变化规律的简化数学模型可拟合如下：
F＝-0.27t2+8.1t+19.4 (式4.6)
在平流层中，湿度随探测时间变化规律的简化数学模型可拟合如下：
F＝[0,20] (式4.7)
则，0～30公里湿度随探测时间变化规律的简化数学模型为：
(3)气压随探测时间变化规律的简化数学模型
气象学理论和观测实践表明，大气满足“大气垂直平衡”假设：在任意高度处，任一微小气团在垂直方向上处于动力平衡状态。
探测资料也证明：气压随高度的增高而降低，符合负指数的递减规律，越往高空，大气越稀薄，气压随高度下降得就越慢。其一般变化规律是：在近地面大气中，高度每升高100米，气压约下降12hPa；而到10公里高度附近，每升高100米仅下降4hPa。如在5.5公里高度上，气压约降低到地面气压的一半，而在11公里高度上，气压约降低到地面气压的四分之一。
因此，根据气压标准定律(式4.12)，基于放球时间段测得的湿度随时间的变化数据，采用最小二乘法指数拟合，
0～30公里气压随探测时间变化规律的简化数学模型可拟合如下：
P＝1112.8exp(-0.0469·t) (0min≤t≤85min) (式4.13)
模拟探空仪的高空气象发生器模块主要代替实装探空仪的温、湿、压传感器模块产生随探测时间变化的电压，因此下面在测试实装探空仪的传感器模块时，不测试传感器模块的电阻变化，仅测试实装探空仪传感器模块的输出电压的变化。
(1)温度传感器模块测试及其简化数学模型
温度传感器采用热敏电阻作为感温元件，热敏电阻的电阻值和电阻-温度曲线，由制作热敏电阻的基础金属氧化物以及添加物的配方和烧结工艺决定。当外界环境温度变化时，热敏电阻的电阻值也发生相应改变，而后电阻值的变化通过电阻-电压转换电路输出得到对应的电压变化。
基于实验数据，输出电压随温度变化规律的简化数学模型可拟合为：
UT＝-0.07T+5 (-70℃≤T≤+50℃) (式4.14)
(2)湿度传感器模块测试及其简化数学模型
湿度传感器采用具有涨缩特性的有机物湿敏元件，感湿介质为感湿膜，当外界环境湿度变化时，感湿膜的体积随之变化，从而引起电阻的变化，而后电阻值的变化通过电阻-电压转换电路输出，得到与之相对应的电压变化。基于实验数据，输出电压随湿度变化规律的简化数学模型可拟合为：
(3)气压传感器模块测试及其简化数学模型
气压传感器采用硅电阻式弹性膜片结构的压力传感器形式，当外界环境气压变化时，引起导体膜片的变化，从而改变了压力传感器的电阻，而后电阻值的变化通过电阻-电压转换电路输出得到对应的电压变化。
基于实验数据，输出电压随气压变化规律的简化数学模型可拟合为：
UP＝-0.005P+9.5 (0hPa≤P≤1060hPa) (式4.16)
下面将在以上阐述的0～30公里温、湿、压变化规律的简化数学模型和温、湿、压传感器模块测试及其简化数学模型的基础上，建立温、湿、压高空气象探测数据简化数学模型。
(1)温度探测数据简化数学模型的分析建立
由式4.14温度传感器模块输出电压随温度变化规律的简化数学模型和式4.5温度随探测时间变化规律的简化数学模型可得，温度传感器模块输出电压随探测时间变化规律的简化数学模型，即温度探测数据的简化数学模型为：
(2)湿度探测数据简化数学模型的分析建立
由式4.15湿度传感器模块输出电压随湿度变化规律的简化数学模型和式4.8湿度随探测时间变化规律的简化数学模型，
可得，湿度传感器模块输出电压随探测时间变化规律的简化数学模型，即湿度探测数据的简化数学模型为：
(3)气压探测数据简化数学模型的分析建立
由式4.16气压传感器模块输出电压随气压变化规律的简化数学模型和式4.13气压随探测时间变化规律的简化数学模型，
可得，气压传感器模块输出电压随探测时间变化规律的简化数学模型，即气压探测数据的简化数学模型为：
UP＝-5.564[exp(-0.0469·t)]+9.5 (0min≤t≤85min) (式4.19)
观察温度、湿度、气压高空气象探测数据数学模型，可以看出温度、湿度模型为分段函数，因此，温度、湿度高空气象探测数据的产生分别从硬件、软件两方面实现。
高空气象探测数据生成器模块，需要能够基于高空气象探测数据简化数学模型，产生与温、湿、压传感器模块输出电压变化规律相一致的变化电压，从而实现随机高空气象探测数据的生成。其中，温度、湿度探测数据生成器模块仅产生对流层的变化电压，气压探测数据生成器模块产生整个探测过程的变化电压。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟探空仪，其特征在于，包括高空气象探测数据生成器模块、接口电路模块、A/D转换模块、无线电信号发射模块、给无线电信号发射模块供电的探空仪电池，高空气象探测数据生成器模块、接口电路模块、A/D转换模块、无线电信号发射模块依次相连；
其中，高空气象数据生成器电路模块由一阶RC响应电路、模拟函数乘法器组成，A/D转换模块由A/D转换器、微控制器组成，所述模拟乘法器根据传感器的数量选择，模拟乘法器连接到一阶RC响应电路，每个模拟乘法器通过一个采样/保持电路连接到多路开关，多路开关的输出端连接到A/D转换模块的A/D转换器，A/D转换器连接到微控制器，微控制器输出高空气象数字信号。
2.根据权利要求1所述的一种模拟探空仪，其特征在于，采样/保持电路采用集成芯片LF398，多路开关选用8通道模拟多路开关CD4051，A/D转换器采用AD574，微控制器选用普通型单片机Intel公司的8051。
3.根据权利要求1所述的一种模拟探空仪，其特征在于，模拟探空仪的具体工作过程如下：
模拟探空仪施放升空的同时，一阶RC零状态响应电路开始工作，并向模拟乘法器输出随模拟探测时间变化的电压信号，温、湿、压模拟乘法器产生与温、湿、压传感器模块实际探测时输出电压变化规律相一致的变化电压，这些变化值通过A/D转换模块转化成不同的二进制数据，同时将这些“探测”到的气象信息，调制到无线电数据发射模块上，使其产生不同的工作状态，向地面雷达发射温、湿、压无线电二进制代码和测距应答脉冲，地面雷达设备接收到无线电信号，解调、还原为“探测”信息，再传输给地面气象数据处理设备，“探测”信号经过数据计算处理后，实时显示为高空气象参数，并可以在气象数据编制模块中生成气象数据，从而完成地面至空中30公里垂直高度范围内的大气综合日常气象“探测”。
4.根据权利要求3所述的一种模拟探空仪，其特征在于，温、湿、压模拟乘法器产生与温、湿、压传感器模块实际探测时输出电压变化规律相一致的变化电压，是基于温、湿、压探测数据简化数学模型，高空气象探测数据简化数学模型的实质，是高空气象探测数据生成器模块的输出电压随探测时间变化的函数。
5.根据权利要求4所述的一种模拟探空仪，其特征在于，所述模拟探测仪的探测的范围为0～30公里，首先将30公里以下的大气分为对流层和同温层，根据气温随高度分布标准定律可计算出对流层的高度为10.65km，0～30公里的大气层温、湿、压随高度变化规律的简化数学模型如下：
(1)温度随探测时间变化规律的简化数学模型
(2)湿度随探测时间变化规律的简化数学模型
(3)气压随探测时间变化规律的简化数学模型
P＝1112.8exp(-0.0469·t) (0min≤t≤85min) (式4.13)
输出电压随温度变化规律的简化数学模型可拟合为：
UT＝-0.07T+5 (-70℃≤T≤+50℃) (式4.14)
输出电压随湿度变化规律的简化数学模型可拟合为：
输出电压随气压变化规律的简化数学模型可拟合为：
UP＝-0.005P+9.5 (0hPa≤P≤1060hPa) (式4.16)。
6.根据权利要求5所述的一种模拟探空仪，其特征在于，在所述0～30公里温、湿、压变化规律的简化数学模型和温、湿、压传感器模块测试及其简化数学模型的基础上，建立温、湿、压高空气象探测数据简化数学模型如下：
(1)温度探测数据简化数学模型的分析建立
由式4.14温度传感器模块输出电压随温度变化规律的简化数学模型和式4.5温度随探测时间变化规律的简化数学模型可得，温度传感器模块输出电压随探测时间变化规律的简化数学模型，即温度探测数据的简化数学模型为：
(2)湿度探测数据简化数学模型的分析建立
由式4.15湿度传感器模块输出电压随湿度变化规律的简化数学模型和式4.8湿度随探测时间变化规律的简化数学模型，
可得，湿度传感器模块输出电压随探测时间变化规律的简化数学模型，即湿度探测数据的简化数学模型为：
(3)气压探测数据简化数学模型的分析建立
由式4.16气压传感器模块输出电压随气压变化规律的简化数学模型和式4.13气压随探测时间变化规律的简化数学模型，
可得，气压传感器模块输出电压随探测时间变化规律的简化数学模型，即气压探测数据的简化数学模型为。
UP＝-5.564[exp(-0.0469·t)]+9.5 (0min≤t≤85min) (式4.19)
7.根据权利要求5所述的一种模拟探空仪，其特征在于，温度随探测时间变化规律的简化数学模型建立过程为：
探测资料证明：在对流层中，温度随高度的增加而线性下降，气温直减率为高度每升高100m，气温下降0.65℃；在平流层中，温度随高度的变化很小或不变；
又由探空气球的理论升速为：300～400m/min，若取升速为：350m/min，则，探空仪上升到对流层顶10.65公里，大约需要30分钟，上升到30公里的高空，大约需要85分钟；
因此，根据式4.2的气温标准定律，基于放球时间段测得的温度随探测时间的变化数据，采用最小二乘法线形拟合如式4.3：
式中参数为：
T0n＝15℃ G1＝6.328℃·m-1
在对流层中，温度随探测时间变化规律的简化数学模型可拟合如下：
T＝-2.2t+19.5 (0min≤t≤30min) (式4.3)
在平流层中，温度随探测时间变化规律的简化数学模型可拟合如下：
T＝[-70,-50] (30min＜t≤85min) (式4.4)。
8.根据权利要求5所述的一种模拟探空仪，其特征在于，湿度随探测时间变化规律的简化数学模型建立过程为：
探测资料证明：湿度随高度的分布与气温、对流、凝结、蒸发、降水等错综复杂的变化有关，在对流层中，湿度随高度的变化剧烈，湿度先升高，再降低，变化范围为20％RH至90％RH；在平流层中，温度随高度的变化稳定，在20％RH至90％RH范围内，基本保持不变；
因此，根据湿度变化规律，基于放球时间段测得的温度随探测时间的变化数据，采用最小二乘法曲线拟合；
在对流层中，湿度随探测时间变化规律的简化数学模型可拟合如下：
F＝-0.27t2+8.1t+19.4 (式4.6)
在平流层中，湿度随探测时间变化规律的简化数学模型可拟合如下：
F＝[0,20] (式4.7)。
9.根据权利要求5所述的一种模拟探空仪，其特征在于，气压随探测时间变化规律的简化数学模型建立过程如下：
气象学理论和观测实践表明，大气满足“大气垂直平衡”假设：在任意高度处，任一微小气团在垂直方向上处于动力平衡状态；
探测资料也证明：气压随高度的增高而降低，符合负指数的递减规律，越往高空，大气越稀薄，气压随高度下降得就越慢，在近地面大气中，高度每升高100米，气压约下降12hPa；而到10公里高度附近，每升高100米仅下降4hPa，如在5.5公里高度上，气压约降低到地面气压的一半，而在11公里高度上，气压约降低到地面气压的四分之一；
因此，根据式4.12的气压标准定律，基于放球时间段测得的湿度随时间的变化数据，采用最小二乘法指数拟合，
0～30公里气压随探测时间变化规律的简化数学模型可拟合如下：
P＝1112.8exp(-0.0469·t) (0min≤t≤85min) (式4.13)。
10.一种使用权利要求1至9任一项所述的模拟探空仪的探空装置，其特征在于，包括高空气象探测数据生成器模块、接口电路模块、A/D转换模块、无线电信号发射模块、给无线电信号发射模块供电的探空仪电池，高空气象探测数据生成器模块、接口电路模块、A/D转换模块、无线电信号发射模块依次相连；
其中，高空气象数据生成器电路模块由一阶RC响应电路、模拟函数乘法器组成，A/D转换模块由A/D转换器、微控制器组成，所述模拟乘法器根据传感器的数量选择，模拟乘法器连接到一阶RC响应电路，每个模拟乘法器通过一个采样/保持电路连接到多路开关，多路开关的输出端连接到A/D转换模块的A/D转换器，A/D转换器连接到微控制器，微控制器输出高空气象数字信号；
该探空装置还包括地面雷达接收天线和气象数据处理设备，地面雷达接收天线接收到该高空气象数字信号后，送到气象数据处理设备进行处理，。
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