CN116774319B - 一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统 - Google Patents

一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统，包括实现周围范围风场测量的激光测风雷达，用于实现放飞场地高度剖面的云量测量的毫米波测云雷达，所述激光测风雷达和毫米波测云雷达的测量数据被处理服务器接收，所述处理服务器连接有数据处理软件模块，对数据进行处理，通过综合可视化模块进行显示，与用户进行交互。本发明采用上述的一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统，为各类平流层飞艇的发放、驻留和回收提供气象保障服务，提高了平流层飞艇作业的安全性和可靠性。

Description

一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统
技术领域
本发明涉及飞艇技术领域，尤其是涉及一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统。
背景技术
平流层飞艇是一种主要在大气平流层，高度在20km左右工作的有动力浮空器。平流层飞艇相较于其他临近空间飞行器相比，具备诸多优点：相较于高空气球，平流层飞艇能提供持续动力，可以抵御平流层风阻，实现可控的自主飞行；相较于太阳能飞机等重于空气的航空器，平流层飞艇留空时间长，并且可遂行区域长时间稳定驻留等飞行任务。此外，平流层飞艇还具备载荷能力强、效费比高等优点。
平流层飞艇由于体积大、欠驱动等特点，与环境气象条件耦合性较大，特别是在放飞、驻留和降落等阶段，需要根据气象情况进行决策与操控，保证飞行的顺利进行。放飞阶段由于飞艇尺寸巨大、受到地面风影响，尤其是侧风时，飞艇受到的阻力相当可观，容易造成飞艇脱系、囊体撕毁或地面设施的损坏，需要提供区域风的预报预警保证飞艇的顺利放飞。在升空过程中，飞艇由于体积膨胀内部温度急剧下降，遇到云层水汽容易结冰结霜，造成飞艇重量变大，从而影响飞艇升空速度与高度。在驻留过程中，由于飞艇能源与动力受限，飞行空速与环境风速相当，需要保证预报风场数据，提前进行飞行规划，保证飞行安全。降落阶段，在降落场附近，进行区域突风预报预警，保证着陆后，平台可在可控时间内完成回收，保障平台的安全与可靠。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统，为各类平流层飞艇的发放、驻留和回收提供气象保障服务，提高了平流层飞艇作业的安全性和可靠性。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统，包括实现周围范围风场测量的激光测风雷达，用于实现放飞场地高度剖面的云量测量的毫米波测云雷达，所述激光测风雷达和毫米波测云雷达的测量数据被处理服务器接收，所述处理服务器连接有数据处理软件模块，所述数据处理软件模块对数据进行处理，通过综合可视化模块进行显示。
优选的，所述激光测风雷达测量直径为3km内、高度相对地面1km内的区域风场测量，所述风场测量为1min/次。
优选的，所述毫米波测云雷达测量距地面16km内的云量。
优选的，所述数据处理软件模块包括风速预警软件模块、升空结冰量计算软件模块、高空平面预报风下载软件模块和高空平面预报风处理软件模块。
优选的，所述风速预警软件模块通过激光测风雷达测量的区域风场分布数据生成预警信息，其方法为：采集激光测风雷达区域分布数据，检测3km处的风速，利用风速计算到达放飞场地的时间，生成告警信息。
优选的，所述升空结冰量计算软件模块利用毫米波雷达测量放飞场地垂直剖面高度云量分布，利用云量分布结合飞平流层艇的上升速度计算上升过程中的结冰量，生成时间与结冰量的序列数据。
优选的，所述高空平面预报风下载软件模块通过预定的数据源实现高空70hpa高度的区域风场预报数据，包括未来预报数据，预报间隔1h，格式为nc格式。
优选的，所述高空平面预报风处理软件模块将下载的数据进行格式转换为json格式，按1度为单位，根据经纬度将风场区域进行划分，每个单位区域根据时间统计风速的不同时间的平均值、风速变化趋势、风向平均值和风向变化趋势。
优选的，所述告警信息包括风速、风向和到达时间。
优选的，所述综合可视化模块包括升空降落页面和驻留页面，所述升空降落页面和驻留页面可相互切换；
所述升空降落页面显示激光测风雷达的实时扫描数据、毫米波测云雷达的实时测量数据、风速预警软件模块的告警信息和升空结冰量计算软件模块的结冰量信息；
所述驻留页面包括地理信息区域，所述地理信息区域可叠加风场显示，所述驻留页面下部设置有时间进度条；所述驻留页面还显示处理的风场统计报告。
因此，本发明采用上述一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统，为各类平流层飞艇的发放、驻留和回收提供气象保障服务，提高了平流层飞艇作业的安全性和可靠性。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统的结构图；
图2为本发明一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统风速预警软件模块流程图；
图3为本发明一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统升空结冰量计算软件模块流程图；
图4为本发明一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统高空平面预报风下载软件模块和高空平面预报风处理软件模块流程图；
图5为本发明一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统的弱风区流程图；
图6为本发明一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统的综合可视化软件模块的界面图。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
对于本领域技术人员而言，显然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主旨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。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。这些其它实施方式也涵盖在本发明的保护范围内。
还应当理解，以上所述的具体实施例仅用于解释本发明，本发明的保护范围并不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明/发明的保护范围之内。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作为详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
本发明说明书中引用的现有技术文献所公开的内容整体均通过引用并入本发明中，并且因此是本发明公开内容的一部分。
实施例一
图1为用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统的结构图。具体包括实现周围范围风场测量的激光测风雷达，用于实现放飞场地高度剖面的云量测量的毫米波测云雷达，激光测风雷达和毫米波测云雷达的测量数据被处理服务器接收，处理服务器连接有数据处理软件模块，对数据进行处理，通过综合可视化模块进行显示，与用户进行交互。
激光测风雷达测量3km内、高度相对地面1km内的区域风场测量，风场测量为1min/次。
毫米波测云雷达测量距地面16km内的云量。
数据处理软件模块包括风速预警软件模块、升空结冰量计算软件模块、高空平面预报风下载软件模块和高空平面预报风处理软件模块。
图2为风速预警软件模块流程图。风速预警软件模块通过激光测风雷达测量的区域风场分布数据生成预警信息，其方法为：先采集激光测风雷达区域分布数据，检测3km处的风速，每个数据点的风速是否大于3m/s，利用风速计算到达放飞场地的时间，生成告警信息。告警信息包括风速、风向和到达时间。
图3为升空结冰量计算软件模块流程图。升空结冰量计算软件模块利用毫米波雷达测量放飞场地垂直剖面高度云量分布，利用云量分布结合飞艇的上升速度计算上升过程中的结冰量，生成时间与结冰量的序列数据。
图4为高空平面预报风下载软件模块和高空平面预报风处理软件模块流程图。高空平面预报风下载软件模块通过预定的数据源实现高空70hpa高度的区域风场预报数据，包括未来120h的预报数据，间隔1h，格式为nc格式，为处理和可视化提供数据支持。
高空平面预报风处理软件模块：通过下载的数据进行格式转换为json格式，并进行数据统计处理，按1度为单位，根据经纬度将风场区域进行划分，每个单位区域根据时间统计风速的不同时间的平均值、风速变化趋势、风向平均值和风向变化趋势，时间为每四个小时为一个单位。
图5弱风区流程图。具体流程如下：
(1)划分风场区域，地理经纬度单位为1度，时间为4小时；
(2)按照每个地理单位和时间单位，将风速进行平均，获得每个地理单位和时间单位下的平均风速和平均风向；
(3)按照1天24小时为单位，将所处的每个地理位置内的风速按时间进行线性拟合，获得地理单位内的风速和风向随时间变化的变化率；
(4)按每个地理单位，生成风速和风向的统计报告，报告包括：XX经度～XX经度，XX纬度～XX纬度，未来24小时内，平均风速分别为XX米/秒，风向XX°(0～4小时)，XX米/秒，风向XX°(4～8小时)，XX米/秒，风向XX°(8～12小时)，XX米/秒，风向XX°(12～16小时)，XX米/秒，风向XX°(16～20小时)，XX米/秒，风向XX°(20～24小时)。风速变化率为XX米/秒时，逐渐变大(变小)，风向变化率为XX°/时，由XX风转化为XX风。
(5)每个地理单位如果未来24小时内，平均风速均小于8米/秒，认定该区域为弱风区，生成报告：弱风区域为XX经度～XX经度，XX纬度～XX纬度，未来24小时内，平均风速为XX米/秒。
(6)相关报告生成并保存为pdf格式，文件路径保存至可视化软件依赖的相关数据库中。
图6为综合可视化软件模块的界面图。综合可视化模块包括升空降落页面和驻留页面，升空降落页面和驻留页面可相互切换；
升空降落页面显示激光测风雷达的实时扫描数据、毫米波测云雷达的实时测量数据、风速预警软件模块的告警信息和升空结冰量计算软件模块的结冰量信息；
驻留页面包括地理信息区域，地理信息区域可叠加风场显示，驻留页面下部设置有时间进度条，通过拖拽进度条可以显示不同时刻的高空风速分布情况，通过拖动地图，可显示不同地图区域，并实现缩放等地图的基本操作；驻留页面还可显示处理的风场统计报告。
因此，本发明采用上述一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统，为各类平流层飞艇的发放、驻留和回收提供气象保障服务，提高了平流层飞艇作业的安全性和可靠性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统，其特征在于，包括实现周围范围风场测量的激光测风雷达，用于实现放飞场地高度剖面的云量测量的毫米波测云雷达，所述激光测风雷达和毫米波测云雷达的测量数据被处理服务器接收，所述处理服务器连接有数据处理软件模块，所述数据处理软件模块对数据进行处理，通过综合可视化模块进行显示；
所述数据处理软件模块包括风速预警软件模块、升空结冰量计算软件模块、高空平面预报风下载软件模块和高空平面预报风处理软件模块；
所述升空结冰量计算软件模块利用毫米波雷达测量放飞场地垂直剖面高度云量分布，利用云量分布结合飞平流层艇的上升速度计算上升过程中的结冰量，生成时间与结冰量的序列数据；
所述综合可视化模块包括升空降落页面和驻留页面，所述升空降落页面和驻留页面可相互切换；
所述升空降落页面显示激光测风雷达的实时扫描数据、毫米波测云雷达的实时测量数据、风速预警软件模块的告警信息和升空结冰量计算软件模块的结冰量信息；
所述驻留页面包括地理信息区域，所述地理信息区域可叠加风场显示，所述驻留页面下部设置有时间进度条；所述驻留页面还显示处理的风场统计报告；
所述告警信息包括风速、风向和到达时间。
2.根据权利要求1所述的一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统，其特征在于，所述激光测风雷达测量直径为3km内、高度相对地面1km内的区域风场测量，所述风场测量为1min/次。
3.根据权利要求2所述的一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统，其特征在于，所述毫米波测云雷达测量距地面16km内的云量。
4.根据权利要求3所述的一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统，其特征在于，所述风速预警软件模块通过激光测风雷达测量的区域风场分布数据生成预警信息，其方法为：采集激光测风雷达区域分布数据，检测3km处的风速，利用风速计算到达放飞场地的时间，生成告警信息。
5.根据权利要求4所述的一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统，其特征在于，所述高空平面预报风下载软件模块通过预定的数据源实现高空70hpa高度的区域风场预报数据，包括未来预报数据，预报间隔1h，格式为nc格式。
6.根据权利要求5所述的一种用于平流层飞艇飞行的综合气象保障系统，其特征在于，所述高空平面预报风处理软件模块将下载的数据进行格式转换为json格式，按1度为单位，根据经纬度将风场区域进行划分，每个单位区域根据时间统计风速的不同时间的平均值、风速变化趋势、风向平均值和风向变化趋势。
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