[發(fā)明專利]GPS多功能湍流探空儀及其測量方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610097731.8
• 申請日: 2006-11-22
• 公開（公告）號: CN101191840A
• 公開（公告）日: 2008-06-04
• 發(fā)明（設計）人: 肖黎明;翁寧泉;孫剛;余申偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院安徽光學精密機械研究所
• 主分類號: G01W1/08
• 分類號: G01W1/08;G01W1/02;G01S1/02;G01S5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種探空儀及測法，尤其是GPS多功能湍流探空儀及其測量方法。

背景技術

隨著光電技術的迅速發(fā)展，光學湍流的重要性越來越得到人們的重視。在激光傳輸的過程中，湍流效應引起光束的漂移和擴展；在圖象應用中，湍流效應引起圖象的抖動和變形；湍流還會降低天文望遠鏡的分辨率。為定量研究激光通過湍流大氣時的各種現象，以解決和這些現象有關的各種光學工程問題，必須深入研究光路的光學湍流結構，研究其變化規(guī)律和統(tǒng)計特征。獲取的湍流資料，可為自適應光學、高分辨率天體觀察、激光大氣傳輸等領域服務。由此，人們?yōu)榱私庹麑哟髿馔牧鳎磸牡孛娴礁呖盏恼麑哟髿鉁囟绕鸱奶卣鳎Ｊ褂锰娇諆x測量大氣湍流，如在本申請人的于2003年6月18日公告的中國實用新型專利說明書CN?2556655Y中曾描述過的一種“大氣湍流探空儀”。它意欲提供一種精度高、工作穩(wěn)定、重量輕的測量大氣中湍流、溫度和氣壓的儀器。它由依次串接且均與電源電連接的傳感部件、信號變換部件和發(fā)射機構成，其中的傳感部件由湍流傳感器、溫度傳感器AD590和氣壓傳感器KY-0.1MPa組成。探空時，由氣球將其帶入大氣中，信號變換部件將傳感部件輸出的電信號變換成由兩種頻率信號構成的數據串送往發(fā)射機發(fā)送至地面。但是，這種探空儀存在著不足之處，首先，功能單一，雖能測量大氣中的湍流、溫度和氣壓，卻不能同時給出是于何地測得的，更談不上精確地給出測量時的坐標點；其次，智能化程度不高，不能實時地對測量到的各種信號及時的進行處理和分析，尤為不能實時地獲得大氣中的風速、風向，而這一點對于湍流的成因和發(fā)展趨勢的分析是至關重要的；再次，回收不易，氣球攜帶的探空儀在大氣中是隨風飄動的，因無探空儀的坐標信息，故其飄落至何處是不得而知的。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種實用性強、智能化程度高，使用方便的GPS多功能湍流探空儀及其測量方法。

GPS多功能湍流探空儀包括依次串接的傳感部件、信號變換部件和發(fā)射部件，以及與上述各部件電連接的電源，其中，傳感部件含有溫度脈動傳感器、大氣壓力傳感器和大氣溫度傳感器，發(fā)射部件含有發(fā)射機，特別是(a)所說傳感部件還含有GPS傳感器，用于將待測點的坐標量變換成電信號；(b)所說信號變換部件含有模數轉換器MAX197和單片機AT89C2051，用于將傳感部件輸出的電信號變換成數字信號和對其進行運算、分析和編碼；(c)所說發(fā)射部件還含有電平轉換器，用于將信號變換部件處理后的頻率信號轉換成發(fā)射機所需的電平。

作為GPS多功能湍流探空儀的進一步改進，所述的GPS傳感器為Trimble公司的微型GPS接收機；所述的信號變換部件的模數轉換器MAX197的腳和分別接溫度脈動傳感器、大氣壓力傳感器和大氣溫度傳感器，用于接收上述傳感器送來的模擬信號，單片機AT89C2051的腳②接GPS傳感器，用于直接獲得衛(wèi)星定位的數字信號，單片機AT89C2051的控制端口腳⑧、⑥、⑦和與模數轉換器MAX197的控制端口③、④、⑤和腳連接，用于控制模數轉換器MAX197分時接收各傳感器的信號，模數轉換器MAX197的數地總線端口⑦～腳接單片機AT89C2051的數地總線端口腳用于將轉換的數字信號輸出至單片機AT89C2051，單片機AT89C2051的輸出端口腳⑨接發(fā)射部件的輸入端，用于輸出處理后的頻率信號；所述的電平轉換器為電壓放大器；所述的單片機AT89C2051的腳④、⑤和⑩間接有片外時鐘振蕩器，用于調整單片機AT89C2051的工作頻率。

GPS多功能湍流探空儀的測量方法包括接收傳感器的信號和輸出數字信號，特別是它是按以下步驟完成的：分別設定采集傳感器輸出的時間片、采集的次數，產生一個分時采集的時間基準和采集次數最多的傳感器輸出的時間段，其中，對于湍流采集500次，對于氣壓和溫度分別采集16次，對于GPS采集1次；根據采集傳感器的對象，確定各傳感器間的采集比例系數，產生一個分時采集的工作時序，其中，采集比例系數以湍流、氣壓和溫度為一組、GPS為另一組來確定；對轉換成數字信號的數據進行處理，即對于湍流的數據求其方差，對于氣壓和溫度的數據，按大小排序，在舍去頭尾各一次的數據后，求其均值，對于GPS的數據，保留并由其和前次保留的數據計算出風向和風速；按采集比例系數，將經過處理的數據編碼成頻率信號后送往發(fā)射部件發(fā)射。。

作為GPS多功能湍流探空儀的測量方法的進一步改進，所述的湍流、氣壓和溫度組與GPS組間的采集比例系數為10∶1；所述的頻率信號的編碼為將數據中的0和1分別對應的編制成2KHz和2.4KHz的方波信號。