[发明专利]一种基于临空飞艇的新型台风追踪探测方法与系统

权利要求书

1.一种基于临空飞艇的新型台风追踪探测系统，其特征在于，包括：搭载在飞艇上的台风追踪飞行控制器、艇载台风探测雷达、浮空气象感知节点、气象感知定点投送器和艇载接收器，以及安装在地面工作站上的数字台风仿真系统；飞艇通过宽带数据链与地面工作站进行通信；

所述的台风追踪飞行控制器用于控制临空飞艇的飞行，以使得飞艇抵近跟踪台风位置；所述的飞艇位于台风上空约5km的高度；

所述的艇载台风探测雷达采用一维双极化相控阵天线，发射波束照射扫描台风的内核区，接收回波，观测台风内部降水系统的微物理结构和变化特征；

所述的浮空气象感知节点搭载有采集温度、湿度、风向风速和气压的传感器，导航定位模块以及通信模块；浮空气象感知节点搭载在设计有冲压式立方锥的降落伞上，由飞艇抛洒；浮空气象感知节点将传感器测量的数据通过通信模块回传给飞艇；所述的浮空气象感知节点下落至台风内部后，多个节点构成三维网络构型；当三维网络构型中的某感知节点空缺时，利用气象感知定点投送器将感知节点定点投送在空缺的位置；

所述的气象感知定点投送器包括两种，一种是低雷诺数滑翔飞行器，用于远距离定点投送，一种是变掠翼滑翔飞行器，用于穿透台风顶层眼墙的定点投送；滑翔飞行器将绑定降落伞的浮空气象感知节点投送到指定位置；所述的低雷诺数滑翔飞行器的滑翔距离大于100km，定点精度小于1km，起飞重量为5kg，任务载荷为2kg；所述的变掠翼滑翔飞行器的滑翔距离大于50km，定点精度小于1km，飞行速度大于100m/s，任务载荷为2kg；

所述的艇载接收器用于收集各浮空气象感知节点发回的传感数据；

所述的数字台风仿真系统通过宽带数据链从飞艇获得艇载台风探测雷达探测的数据、浮空气象感知节点探测的数据、以及飞艇上通过摄像头和光电传感器采集的数据，仿真重建台风时序演变过程，建立数字化的台风的三维模型，通过对台风进行模拟仿真，显示温湿风压云水颗粒的时空数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的有冲压式立方锥的降落伞，包括顶幅、扰流幅、侧幅、开在侧幅的进气口、连接扣、连接绳和缓冲绳。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的飞艇与地面工作站之间设置有一个或多个中继节点，中继节点为大型长航时无人机。

4.一种基于权利要求1所述的系统的台风追踪探测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，艇载雷达外测与飞艇抵近跟踪；

临空飞艇利用艇载台风探测雷达照射识别台风眼的位置，台风追踪飞行控制器控制飞艇抵近跟踪台风位置；利用艇载台风探测雷达观测台风内部降水系统的微物理结构和变化特征；

步骤2，飞艇投放浮空气象感知节点到台风内部；

根据艇载台风探测雷达探测得到的台风风场分布，按需投放浮空气象感知节点，下投的感知节点在台风内部形成三维网络构型，当三维网络构型中的某感知节点空缺时，利用气象感知定点投送器将感知节点定点投送在空缺的位置；对风眼处感知节点的定点投送使用低雷诺数滑翔飞行器，在需要突破台风顶层眼墙时使用变掠翼滑翔飞行器进行投送；

步骤3，将对台风的外测和内测数据回传到地面工作站；

位于台风内部的各感知节点将采集的数据，即内测数据回传给飞艇上的艇载接收器，飞艇将内测数据与外测数据通过宽带数据链回传至地面工作站；外测数据包括艇载台风探测雷达观测的数据和飞艇上的摄像机和光电传感器采集的数据；

步骤4，地面工作站在接收到台风的外测和内测数据后，根据单时次的数据建立台风的三维结构，再按照时序重建台风时序演变过程；建立台风数字化模型，将温湿风压云水颗粒的时空数据反演同化到台风的数字化模型。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的步骤3中，感知节点与艇载接收器之间采用基于空时分集差分Chirp技术进行传输；所述的空时分集差分Chirp技术在空域上采用多天线接收机制，获得空间分集，在时域上采用多时隙重复编码传输，获得时间分集，在频域上划分多个频率通道，实现多用户区分，每个用户独占一个子频带。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的步骤3中，艇载接收器采用收发大规模相控阵天线和模拟波束赋形技术。