CN203385875U - 一种卫星导航多用户可回收探空装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种卫星导航多用户可回收探空装置，由高空气球、绳缆、解锁装置、绳索、降落伞、探空仪和地面接收处理控制系统组成；其特征在于：高空气球采用超压式气球，绳缆一端系在高空气球下部，另一端系住解锁装置的上端；解锁装置的下面有一凹槽，其内是一根受磁力控制伸缩的金属杆，插住一个圆环，圆环由一根绳索连接，绳索另一端系于降落伞伞衣的顶端；降落伞下面连接探空仪；其中探空仪由卫星信号接收单元、TPU测量单元、处理器单元和信号发射单元组成；可用于高气象探测中在多个站点多个时刻进行的气球探空测量，是一种GPS/北斗双模探空仪，其具有留空时间长、可远程监控、可在指定区域空投探测和回收等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种卫星导航多用户可回收探空装置，涉及到气象学、大气探测技术、空气动力学、卫星中继技术和无线电技术领域。
背景技术
大气探测通常采用在地面施放探测气球，用无线电经纬仪和雷达等设备跟踪并接收气球携带的探空仪发出的无线电信号、从而获得某处大气基本参数垂直分布的方法。由于此方法每次只能施放一个探空仪，获取有限个数的空间位置的大气参数，不能进行多球施放同时探测所需整个区域的大气基本参数。而且无线电经纬仪和雷达的作用距离有限，不能探测远距离区域上空的大气状况。一般探空仪探空结束即丢弃，无法回收利用。现有卫星导航探空仪存在不能下投和一个地面接收处理系统无法同时跟踪多个探空仪等问题。另外，现有探空仪均不具备回收功能。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种卫星导航多用户可回收探空装置，可用于高气象探测中在多个站点多个时刻进行的气球探空测量，是一种GPS/北斗双模探空仪，其具有留空时间长、可远程监控、可在指定区域空投探测和回收等特点。
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种卫星导航多用户可回收探空装置，由高空气球、绳缆、解锁装置、绳索、降落伞、探空仪和地面接收处理控制系统组成；其特征在于：高空气球采用超压式气球，绳缆一端系在高空气球下部，另一端系住解锁装置的上端；解锁装置的下面有一凹槽，其内是一根受磁力控制伸缩的金属杆，插住一个圆环，圆环由一根绳索连接，绳索另一端系于降落伞伞衣的顶端；降落伞下面连接探空仪；解锁装置与地面接收处理控制系统信号连接。
其中探空仪由卫星信号接收单元、TPU测量单元、处理器单元和信号发射单元组成；
所述卫星信号接收单元由北斗卫星接收天线、GPS接收天线和卫星导航射频单元组成；
所述TPU测量单元由温度传感器、气压传感器和湿度传感器组成；
所述处理器单元由卫星导航基带处理模块和无线通信调制模块组成；
所述信号发射单元由发射天线和功率放大单元组成；北斗卫星接收天线接收北斗和GPS卫星信号，经卫星导航射频单元输出数字中频信号；TPU测量单元通过温度传感器、气压传感器和湿度传感器采集大气基本参数，经ADC转换器进行模数转换；处理器单元将数字中频信号进行基带解算，获取卫星导航信息连同TPU信息进行的编码和调制，同时处理器还对信息进行压缩和加密处理，三次探测数据压缩为一组，发送给发射单元；发射单元的功率放大单元将信号功率放大通过天线给北斗卫星系统，有卫星中继传输至地面接收处理控制系统。
所述地面接收处理控制系统由地面接收控制系统和数据终端自组成；地面接收控制系统可以接收多路所述探空仪信号，并对多个探空仪分别进行监控。
所述高空气球为超压式高空气球，采用线性低密度聚乙烯薄膜和PBO纤维加强筋制作而成；通过控制充气量可控制气球达到指定飘飞高度。
本实用新型的积极效果是其可以在多个站点多个时刻气球探空测量，由一套地面接收处理控制系统监控，可以同时获得多尺度上气象要素变化的测量资料，这类资料不仅有利于大气层结结构、大气湍流特征的对流现象等研究，也有利于获取高分辨率气象资料提高数值预报准确率，该探空装置为可回收装置。
附图说明
图1是本实用新型的探空仪结构示意图。
图2是本实用新型的卫星导航多用户可回收探空装置示意图。
图3是本实用新型的数据处理控制流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步描述：如图1所示，一种卫星导航多用户可回收探空装置，由高空气球1、绳缆2、解锁装置3、绳索4、降落伞5、探空仪6和地面接收处理控制系统组成；其特征在于：高空气球1采用超压式气球，绳缆2一端系在高空气球1下部，另一端系住解锁装置3的上端；解锁装置3的下面有一凹槽，其内是一根受磁力控制伸缩的金属杆，插住一个圆环，圆环由一根绳索4连接，绳索4另一端系于降落伞5伞衣的顶端；降落伞5下面连接探空仪6，解锁装置3与地面接收处理控制系统信号连接。
其中探空仪释放后，由上到下的顺序依次为超压式高空气球1、绳缆2、解锁装置3、绳索4、降落伞5、探空仪6。高空气球1按照计算高度充入氦气；然后用一段绳缆2，一端系在高空气球1下部，另一端系住解锁装置3的上端；当解锁装置3接收到探空仪发送到的接收指令后，金属杆在磁力左右下收缩，圆环从凹槽中被拉出。
其中探空仪由卫星信号接收单元、TPU测量单元、处理器单元和信号发射单元组成；
所述卫星信号接收单元由北斗卫星接收天线、北斗接收天线和卫星导航射频单元组成；
所述TPU测量单元由温度传感器、气压传感器和湿度传感器组成；
所述处理器单元由卫星导航基带处理模块和无线通信调制模块组成；
所述信号发射单元由发射天线和功率放大单元组成；北斗卫星接收天线接收北斗和GPS卫星信号，经卫星导航射频单元输出数字中频信号；TPU测量单元通过温度传感器、气压传感器和湿度传感器采集大气基本参数，经ADC转换器进行模数转换；处理器单元将数字中频信号进行基带解算，获取卫星导航信息连同TPU信息进行的编码和调制，同时处理器还对信息进行压缩和加密处理，三次探测数据压缩为一组，发送给发射单元；发射单元的功率放大单元将信号功率放大通过天线给北斗卫星系统，有卫星中继传输至地面接收处理控制系统。
所述地面接收处理控制系统由地面接收控制系统和数据终端自组成；地面接收控制系统可以接收多路所述探空仪信号，并对多个探空仪分别进行监控。
超压式高空气球1，其球体采用线性低密度聚乙烯薄膜和PBO纤维加强筋制作而成。由于气球升空高度和其体积、总重量（包括自重与载重）、浮升气体种类有着固定关系，所以通过控制这些参数，就可以控制气球达到预定高度。高空气球1下面连接解锁装置3 ，当探空仪到达指定区域时，发射解锁信号，解锁装置3中闭合的卡环打开,解锁装置3下面连接降落伞5，探空仪6悬挂于降落伞5下。
如图3所示，探空仪6采用数字式传感器测量温度、气压和湿度等参数，利用北斗和GPS综合定位信息计算风向和风速；探空仪6采用北斗卫星技术作为用户端通过卫星中继与地面接收处理控制系统进行双向通讯，保证了多个用户同时在线，同时进行探空，相互之间无干扰，而且不受探空最大作用距离的限制（在系统电量足够的情况下）；探空仪6采用了大功率低温锂电池组供电，减轻了系统质量，延长了系统工作时间。探空仪6底部有着陆缓冲装置，由聚苯乙烯材料制成，在着陆时起到缓冲作用，同时还具有保温和减轻系统重量特点
如图2所示，地面接收处理控制系统利用数值预报同时计算多个探空仪6的放球站点、放球时间和预定飘飞航线，根据飘飞高度设定气球载荷，气球释放后随风飘飞到预定区域，再分别空投探空仪，探测该区域大气温度、湿度、压力和风向风速等大气参数；本系统可通过四维同化技术获得指定区域坐标点指定时刻的大气参数的；此外，还采取了卫星中继通信技术，理论上可以探测地球上任何区域的大气状况；本实用新型还采用伞降定位回收技术，实现了探空仪的回收再利用。其地面接收处理控制系统的工作过程如下：各探空仪首先进行通信状态调试，检查各探空仪与地面接收处理控制系统能否正常通信，如果不能通信调整探空仪通信参数。通信状态调整完成后，进入探空仪标校状态，如果传感器数据不正确，利用地面观测值和传感器出厂标校值对探空仪进行订正。探空仪标校结束后，各站点按照次序和时间依次放球，地面接收处理控制系统分别对各探空仪进行监控。接收探空仪发回的短报文，对短报文进行解码、解压缩、解密，形成气象报文，显示测量参数，绘制探空曲线并显示，实时存储数据成指定探空文件，在地图中显示地理位置并判断是否到达空投区域，在到达指定区域后发送解锁控制指令，触发解锁装置，空投探空仪。软件还有数值预报功能，可计算探空仪飘飞路线和飘飞时间。
Claims (4)
1.一种卫星导航多用户可回收探空装置，由高空气球、绳缆、解锁装置、绳索、降落伞、探空仪和地面接收处理控制系统组成；其特征在于：高空气球采用超压式气球，绳缆一端系在高空气球下部，另一端系住解锁装置的上端；解锁装置的下面有一凹槽，其内是一根受磁力控制伸缩的金属杆，插住一个圆环，圆环由一根绳索连接，绳索另一端系于降落伞伞衣的顶端；降落伞下面连接探空仪；解锁装置与地面接收处理控制系统信号连接。
2.根据权利要求1中所述的一种卫星导航多用户可回收探空装置，其特征在于所述其中探空仪由卫星信号接收单元、TPU测量单元、处理器单元和信号发射单元组成；
所述卫星信号接收单元由北斗卫星接收天线、GPS接收天线和卫星导航射频单元组成；
TPU测量单元由温度传感器、气压传感器和湿度传感器组成；
所述处理器单元由卫星导航基带处理模块和无线通信调制模块组成；其特征在于所述信号发射单元由发射天线和功率放大单元组成；北斗卫星接收天线接收北斗和GPS卫星信号，经卫星导航射频单元输出数字中频信号；TPU测量单元通过温度传感器、气压传感器和湿度传感器采集大气基本参数，经ADC转换器进行模数转换；处理器单元将数字中频信号进行基带解算，获取卫星导航信息连同TPU信息进行的编码和调制，同时处理器还对信息进行压缩和加密处理，三次探测数据压缩为一组，发送给发射单元；发射单元的功率放大单元将信号功率放大通过天线给北斗卫星系统，有卫星中继传输至地面接收处理控制系统。
3.根据权利要求1中所述的一种卫星导航多用户可回收探空装置，其特征在于所述地面接收处理控制系统由地面接收控制系统和数据终端自组成；地面接收控制系统可以接收多路所述探空仪信号，并对多个探空仪分别进行监控。
4.根据权利要求1中所述的一种卫星导航多用户可回收探空装置，其特征在于所述高空气球为超压式高空气球，采用线性低密度聚乙烯薄膜和PBO纤维加强筋制作而成；通过控制充气量可控制气球达到指定飘飞高度。
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