[發明專利]一種模擬探空儀及探空儀裝置

在審

• 申請號: 201611128807.9
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106597573A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 陶海軍;劉航;張杰;楊靜;陳衛國;王積忠;周建平;盧松升;張雪華;吳曉云;吳碩;房施東
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍軍官學院
• 主分類號: G01W1/08
• 分類號: G01W1/08;G08C17/02;G09B9/54
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙)34124
• 代理人: 丁瑞瑞

技術領域

本發明涉及雷達探測系統，尤其涉及的是一種探空儀。

背景技術

氣象雷達探測系統使用數字探空儀作為高空氣象探測器材，實時探測地面至空中30公里范圍內的大氣溫度、相對濕度、氣壓、風向和風速。探測過程與操作流程復雜，氣象站培養一名技能熟練操作手需要較長的訓練周期，施放較多探空儀組織培訓。經過普遍調研，使用單位一致反映直接使用實裝探空儀進行日常高空氣象探測訓練，存在著訓練成本高，浪費訓練資源和訓練效益不高等問題：

實裝探空儀是一次性使用的高空氣象探測器材。每個售價在一千元左右，同時該設備屬于精密儀器，掉地后不能再次使用。相關單位反映，如果需要頻繁進行日常氣象探測，僅探空儀一項，每年就需要大量經費支持，嚴重浪費物力、財力。

由于探測成本高，使用經費難以支撐，購買探空儀數量有限，極大地限制了高空氣象日常探測頻次，嚴重影響探測人員訓練效果。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供了一種探測成本低，不受購買數量限制，能夠很好的達到探測人員訓練效果的模擬探空儀。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：一種模擬探空儀，包括高空氣象探測數據生成器模塊、接口電路模塊、A/D轉換模塊、無線電信號發射模塊、給無線電信號發射模塊供電的探空儀電池，高空氣象探測數據生成器模塊、接口電路模塊、A/D轉換模塊、無線電信號發射模塊依次相連；

其中，高空氣象數據生成器電路模塊由一階RC響應電路、模擬函數乘法器組成，A/D轉換模塊由A/D轉換器、微控制器組成，所述模擬乘法器根據傳感器的數量選擇，模擬乘法器連接到一階RC響應電路，每個模擬乘法器通過一個采樣/保持電路連接到多路開關，多路開關的輸出端連接到A/D轉換模塊的A/D轉換器，A/D轉換器連接到微控制器，微控制器輸出高空氣象數字信號。

作為優化的技術方案，采樣/保持電路采用集成芯片LF398，多路開關選用8通道模擬多路開關CD4051，A/D轉換器采用AD574，微控制器選用普通型單片機Intel公司的8051。

作為優化的技術方案，模擬探空儀的具體工作過程如下：

模擬探空儀施放升空的同時，一階RC零狀態響應電路開始工作，并向模擬乘法器輸出隨模擬探測時間變化的電壓信號，溫、濕、壓模擬乘法器產生與溫、濕、壓傳感器模塊實際探測時輸出電壓變化規律相一致的變化電壓，這些變化值通過A/D轉換模塊轉化成不同的二進制數據，同時將這些“探測”到的氣象信息，調制到無線電數據發射模塊上，使其產生不同的工作狀態，向地面雷達發射溫、濕、壓無線電二進制代碼和測距應答脈沖，地面雷達設備接收到無線電信號，解調、還原為“探測”信息，再傳輸給地面氣象數據處理設備，“探測”信號經過數據計算處理后，實時顯示為高空氣象參數，并可以在氣象數據編制模塊中生成氣象數據，從而完成地面至空中30公里垂直高度范圍內的大氣綜合日常氣象“探測”。

作為優化的技術方案，溫、濕、壓模擬乘法器產生與溫、濕、壓傳感器模塊實際探測時輸出電壓變化規律相一致的變化電壓，是基于溫、濕、壓探測數據簡化數學模型，高空氣象探測數據簡化數學模型的實質，是高空氣象探測數據生成器模塊的輸出電壓隨探測時間變化的函數。

作為優化的技術方案，所述模擬探測儀的探測的范圍為0～30公里，首先將30公里以下的大氣分為對流層和同溫層，根據氣溫隨高度分布標準定律可計算出對流層的高度為10.65km，0～30公里的大氣層溫、濕、壓隨高度變化規律的簡化數學模型如下：

(1)溫度隨探測時間變化規律的簡化數學模型

(2)濕度隨探測時間變化規律的簡化數學模型

(3)氣壓隨探測時間變化規律的簡化數學模型

P＝1112.8exp(-0.0469·t) (0min≤t≤85min) (式4.13)

輸出電壓隨溫度變化規律的簡化數學模型可擬合為：

U_T＝-0.07T+5 (-70℃≤T≤+50℃) (式4.14)

輸出電壓隨濕度變化規律的簡化數學模型可擬合為：

輸出電壓隨氣壓變化規律的簡化數學模型可擬合為：

U_P＝-0.005P+9.5 (0hPa≤P≤1060hPa) (式4.16)。

作為優化的技術方案，在所述0～30公里溫、濕、壓變化規律的簡化數學模型和溫、濕、壓傳感器模塊測試及其簡化數學模型的基礎上，建立溫、濕、壓高空氣象探測數據簡化數學模型如下：