CN110133754A - 基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备 - Google Patents
基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备，包括：高空气球、高空气球舱、下投探空舱和下投探空电控箱；高空气球舱吊装在高空气球下，下投探空舱固定于高空气球舱外壁上，下投探空电控箱置于高空气球舱内部；在下投探空舱外侧设有探空数据接收天线；探空数据接收天线上方连接有卫星通信天线；下投探空舱内设有下投探空盒；下投探空盒内设有至少一个下投探空腔；每个下投探空腔内各装有一只电子探空仪，且每只电子探空仪上部各连有一套降落伞、底部各设有一路下投执行模块；下投执行模块位于下投探空腔底部；下投探空电控箱内设有探空数据接收单元、卫星通信模块、下投控制器。本发明用于测量大气气象要素的垂直分布。
Description
技术领域
本发明涉及一种高空气象要素观测设备，尤其是一种高空气象要素大范围垂直分布特征的探测仪器，具体地说是一种基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备。
背景技术
气象探空仪作为一种重要的高空大气探测手段，可以测量大气温度、湿度、气压、风速和风向气象要素的垂直分布。目前，气象探空仪主要由地面站点施放升空观测，也可搭载于有人飞机或者无人飞机从高空下投施放观测。平流层气球是高空大气观测领域的重要平台之一，在大气科学研究领域具有十分广阔的应用前景。与卫星及其它空间飞行器相比，平流层气球具有成本本低、寿命长、风险小等优点，可提供比卫星观测更高的分辨率和精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有高空大气要素垂直分布观测的不足，针对高空气象观测的特点，提供一种基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备。本发明采用的技术方案是：
一种基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备，包括：高空气球、高空气球舱、下投探空舱和下投探空电控箱；
高空气球舱吊装在高空气球下，下投探空舱固定于高空气球舱外壁上，下投探空电控箱置于高空气球舱内部；
在下投探空舱外侧设有探空数据接收天线；探空数据接收天线上方连接有卫星通信天线；下投探空舱内设有下投探空盒；下投探空盒内设有至少一个下投探空腔；每个下投探空腔内各装有一只电子探空仪，且每只电子探空仪上部各连有一套降落伞、底部各设有一路下投执行模块；下投执行模块位于下投探空腔底部；
下投探空电控箱内设有探空数据接收单元、卫星通信模块、下投控制器；下投控制器通过导线分别与下投探空电控箱内的探空数据接收单元、卫星通信模块、下投探空舱内的下投执行模块连接；下投探空舱的探空数据接收天线和卫星通信天线通过导线分别与下投探空电控箱内的探空数据接收单元和卫星通信模块连接。
进一步地，下投探空电控舱内的探空数据接收单元为双通道结构，双通道能够同时并行工作，同时接收两只不同探测频率的电子探空仪的探测数据。
进一步地，下投执行模块采用电动伸缩杆，常态下电动伸缩杆一头突出于下投探空腔内底部，挡住电子探空仪。
进一步地，电子探空仪设有GPS定位装置。
进一步地，探空数据接收单元内部设有数据储存模块，用于实时存储探测数据。
进一步地，电子探空仪着陆末端采用平头结构。
本发明的优点在于：本发明提供的基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备，由平流层高空气球搭载气象探空仪升空，期间可通过下投控制器的预先设定或者实时远程人工遥控指令完成气象探空仪的下投施放，用以提供大气热动力的垂直分布特征。相比于地面站点和飞机观测，本发明具有高度机动性，可以到任何需要的敏感地区、或者人烟稀少、地理位置复杂、气象条件恶劣的区域实施观测，能提供全天候的高精度、高时空密度的大气探测资料。本发明在提高大气综合探测技术的基础上，可显著推进中尺度大气温、湿、压、风的原位探测能力，特别是能在特殊地理区域的大气热动力特征研究和预报方面做出积极贡献，并为气象预报、大气环境监测等现代气象观测系统建设和发展提供良好的技术支撑。
附图说明
图1为本发明的结构组成示意图。
图2为本发明的下投探空舱部件示意图。
图3为本发明的下投探空舱的立体图。
图4为本发明的下投探空电控箱部件示意图。
图5为本发明的设备工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提出一种基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备，包括：高空气球1、高空气球舱2、下投探空舱3和下投探空电控箱4；
高空气球舱2吊装在高空气球1下，下投探空舱3固定于高空气球舱2外壁上，下投探空电控箱4置于高空气球舱2内部；
如图2、图3所示，在下投探空舱3外侧设有探空数据接收天线5，其结构为八木天线；探空数据接收天线5上方连接有卫星通信天线6；下投探空舱3内设有下投探空盒7；下投探空盒7内设有八个下投探空腔，下投探空腔的个数可根据高空气球的负载能力而定；每个下投探空腔内各装有一只电子探空仪9，且每只电子探空仪9上部各连有一套降落伞8、底部各设有一路下投执行模块10；下投执行模块10位于下投探空腔底部；
下投执行模块10可采用电动伸缩杆，常态下电动伸缩杆一头突出于下投探空腔内底部，挡住电子探空仪9和降落伞8，防止两者落出；电动伸缩杆回缩后电子探空仪9和降落伞8依靠重力从下投探空腔内下落；下投执行模块10也可采用通电后能够熔断的电热丝，电热丝固定在下投探空腔底部，横贯下投探空腔底部开口，挡住电子探空仪9，通电后电热丝熔断即可释放电子探空仪9和降落伞8；
如图4所示，下投探空电控箱4内设有探空数据接收单元11、卫星通信模块12、下投控制器13；下投控制器13通过导线分别与下投探空电控箱4内的探空数据接收单元11、卫星通信模块12、下投探空舱3内的下投执行模块10连接；下投探空舱3的探空数据接收天线5和卫星通信天线6通过导线贯穿下投探空舱3的内侧舱体，之后分别与下投探空电控箱4内的探空数据接收单元11和卫星通信模块12连接；
为减小高空气球飞行平台负重，下投探空舱3可由轻质的铝合金或者碳纤维复合材料制成。为缓解电子探空仪9着陆时引起的可能冲击，电子探空仪9着陆末端采用平头结构设计。
该基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备，由高空气球舱2内部携带的锂电池供电，电压范围为18～36V；此外，电子探空仪自带9V锂电池，其下投脱离高空气球飞行平台后使用自带电池供电；电子探空仪工作频段在气象专用频段400～405MHz之间可调；下投探空电控舱4内的探空数据接收单元11为双通道结构，双通道可同时并行工作，即可同时接收空中两只不同探测频率的电子探空仪9的探测数据；两只电子探空仪的探测频率需在下投施放前通过下投控制器13在400～405MHz之间设定调开，以防两只电子探空仪探测信号相互干扰。
通过电子探空仪9探测的GPS高度信号判定是否着地，如GPS高度数分钟内无变化，且距离地面高度<1公里，则判定该电子探空仪已经落地，通过其内部电源控制器使电子探空仪9断电，结束本次下投气象探空观测。
本发明的探空设备可由高空气球飞行平台携带上升至20～25公里的平流层区域，之后开展长时间（多达数天）的水平飞行，期间可通过下投控制器13预先设定或者实时远程人工遥控指令施放电子探空仪9。电子探空仪9下投动作具体实施步骤如下：下投控制指令可通过卫星通讯天线6无线实时发送至卫星通讯模块12，之后卫星通讯模块12通过有线连接传输至下投控制器13。下投控制器13控制电子探空仪9开始状态检测（包括GPS定位和温湿压风传感器检测）。下投控制器13收到电子探空仪9检测完成信号后，下投控制器13将下投指令传送至下投执行模块10，下投执行模块10接收到下投指令后完成电子探空仪9的下投动作。电子探空仪9在自重作用下脱离下投探空盒7，之后随着打开的降落伞8缓降。电子探空仪9在下落过程中探测大气参数，即每秒提供一组大气温度、湿度、气压、风向和风速探测数据。探空数据接收天线5接收下落过程中电子探空仪9发出的探测数据，之后将其传送到探空数据接收单元11；探空数据接收单元11将接收到的探空数据有线传送至下投控制器13；下投控制器13经由卫星通信模块12和卫星通信天线6无线实时传送探测数据至地面，最终实现本发明设备探测数据的地面接收和存储。此外，保险期间，电子探空仪9的观测数据也启用高空气球飞行平台的本地存储方案，即在探空数据接收单元11内部加装一个数据储存模块，将探空数据接收单元11接收到的探测数据实时保存至该数据储存模块中，可在气球返航后再进行数据读取。
最后应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备，其特征在于，包括：高空气球(1)、高空气球舱(2)、下投探空舱(3)和下投探空电控箱(4)；
高空气球舱(2)吊装在高空气球(1)下，下投探空舱(3)固定于高空气球舱(2)外壁上，下投探空电控箱(4)置于高空气球舱(2)内部；
在下投探空舱(3)外侧设有探空数据接收天线(5)；探空数据接收天线(5)上方连接有卫星通信天线(6)；下投探空舱(3)内设有下投探空盒(7)；下投探空盒(7)内设有至少一个下投探空腔；每个下投探空腔内各装有一只电子探空仪(9)，且每只电子探空仪(9)上部各连有一套降落伞(8)、底部各设有一路下投执行模块(10)；下投执行模块(10)位于下投探空腔底部；
下投探空电控箱(4)内设有探空数据接收单元(11)、卫星通信模块(12)、下投控制器(13)；下投控制器(13)通过导线分别与下投探空电控箱(4)内的探空数据接收单元(11)、卫星通信模块(12)、下投探空舱(3)内的下投执行模块(10)连接；下投探空舱(3)的探空数据接收天线(5)和卫星通信天线(6)通过导线分别与下投探空电控箱(4)内的探空数据接收单元(11)和卫星通信模块(12)连接。
2.如权利要求1所述的基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备，其特征在于，
下投探空电控舱(4)内的探空数据接收单元(11)为双通道结构，双通道能够同时并行工作，同时接收两只不同探测频率的电子探空仪(9)的探测数据。
3.如权利要求1所述的基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备，其特征在于，
下投执行模块(10)采用电动伸缩杆，常态下电动伸缩杆一头突出于下投探空腔内底部，挡住电子探空仪(9)。
4.如权利要求1所述的基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备，其特征在于，
电子探空仪(9)设有GPS定位装置。
5.如权利要求1所述的基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备，其特征在于，
探空数据接收单元(11)内部设有数据储存模块，用于实时存储探测数据。
6.如权利要求1所述的基于高空气球飞行平台的全天候下投气象探空设备，其特征在于，
电子探空仪(9)着陆末端采用平头结构。
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