[发明专利]一种模拟探空仪及探空仪装置

说明书

技术领域

本发明涉及雷达探测系统，尤其涉及的是一种探空仪。

背景技术

气象雷达探测系统使用数字探空仪作为高空气象探测器材，实时探测地面至空中30公里范围内的大气温度、相对湿度、气压、风向和风速。探测过程与操作流程复杂，气象站培养一名技能熟练操作手需要较长的训练周期，施放较多探空仪组织培训。经过普遍调研，使用单位一致反映直接使用实装探空仪进行日常高空气象探测训练，存在着训练成本高，浪费训练资源和训练效益不高等问题：

实装探空仪是一次性使用的高空气象探测器材。每个售价在一千元左右，同时该设备属于精密仪器，掉地后不能再次使用。相关单位反映，如果需要频繁进行日常气象探测，仅探空仪一项，每年就需要大量经费支持，严重浪费物力、财力。

由于探测成本高，使用经费难以支撑，购买探空仪数量有限，极大地限制了高空气象日常探测频次，严重影响探测人员训练效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种探测成本低，不受购买数量限制，能够很好的达到探测人员训练效果的模拟探空仪。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种模拟探空仪，包括高空气象探测数据生成器模块、接口电路模块、A/D转换模块、无线电信号发射模块、给无线电信号发射模块供电的探空仪电池，高空气象探测数据生成器模块、接口电路模块、A/D转换模块、无线电信号发射模块依次相连；

其中，高空气象数据生成器电路模块由一阶RC响应电路、模拟函数乘法器组成，A/D转换模块由A/D转换器、微控制器组成，所述模拟乘法器根据传感器的数量选择，模拟乘法器连接到一阶RC响应电路，每个模拟乘法器通过一个采样/保持电路连接到多路开关，多路开关的输出端连接到A/D转换模块的A/D转换器，A/D转换器连接到微控制器，微控制器输出高空气象数字信号。

作为优化的技术方案，采样/保持电路采用集成芯片LF398，多路开关选用8通道模拟多路开关CD4051，A/D转换器采用AD574，微控制器选用普通型单片机Intel公司的8051。

作为优化的技术方案，模拟探空仪的具体工作过程如下：

模拟探空仪施放升空的同时，一阶RC零状态响应电路开始工作，并向模拟乘法器输出随模拟探测时间变化的电压信号，温、湿、压模拟乘法器产生与温、湿、压传感器模块实际探测时输出电压变化规律相一致的变化电压，这些变化值通过A/D转换模块转化成不同的二进制数据，同时将这些“探测”到的气象信息，调制到无线电数据发射模块上，使其产生不同的工作状态，向地面雷达发射温、湿、压无线电二进制代码和测距应答脉冲，地面雷达设备接收到无线电信号，解调、还原为“探测”信息，再传输给地面气象数据处理设备，“探测”信号经过数据计算处理后，实时显示为高空气象参数，并可以在气象数据编制模块中生成气象数据，从而完成地面至空中30公里垂直高度范围内的大气综合日常气象“探测”。

作为优化的技术方案，温、湿、压模拟乘法器产生与温、湿、压传感器模块实际探测时输出电压变化规律相一致的变化电压，是基于温、湿、压探测数据简化数学模型，高空气象探测数据简化数学模型的实质，是高空气象探测数据生成器模块的输出电压随探测时间变化的函数。

作为优化的技术方案，所述模拟探测仪的探测的范围为0～30公里，首先将30公里以下的大气分为对流层和同温层，根据气温随高度分布标准定律可计算出对流层的高度为10.65km，0～30公里的大气层温、湿、压随高度变化规律的简化数学模型如下：

(1)温度随探测时间变化规律的简化数学模型

(2)湿度随探测时间变化规律的简化数学模型

(3)气压随探测时间变化规律的简化数学模型

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

输出电压随温度变化规律的简化数学模型可拟合为：

U_T＝-0.07T+5 (-70℃≤T≤+50℃) (式4.14)

输出电压随湿度变化规律的简化数学模型可拟合为：

输出电压随气压变化规律的简化数学模型可拟合为：

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

作为优化的技术方案，在所述0～30公里温、湿、压变化规律的简化数学模型和温、湿、压传感器模块测试及其简化数学模型的基础上，建立温、湿、压高空气象探测数据简化数学模型如下：