高空大气积冰探测方法及装置

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高空大气积冰探测方法及装置
申请号	CN202110842936.9	申请日	2021-07-26	公开(公告)号	CN114265125A	公开(公告)日	2022-04-01
申请人	湖南国戎科技有限公司;			发明人	黄兵; 万玲; 俞宏辉;
摘要	本发明公开了一种高空大气积冰探测方法及系统，该方法包括：通过探空气球悬挂积冰传感器升空到100m～30km高空，在多个海拔高度采集环境数据以及位置数据；将环境数据以及位置数据进行载波调制后发射至气象地面站；气象地面站接收到载波调制信号后进行解调并分解得到环境数据以及位置数据，根据环境数据以及位置数据计算高空大气积冰概率及厚度。本发明可快速获得不同高程的大气气象要素和过冷水积冰状况，对指导空域飞行等有指导意义。
权利要求	1.一种高空大气积冰探测方法，其特征在于，包括以下步骤：通过探空气球悬挂积冰传感器升空到100m～30km高空，在多个海拔高度采集环境数据以及位置数据；将所述环境数据以及位置数据进行载波调制后发射至气象地面站；气象地面站接收到载波调制信号后进行解调并分解得到所述环境数据以及位置数据，根据所述环境数据以及位置数据计算高空大气积冰概率。 2.根据权利要求1所述的高空大气积冰探测方法，其特征在于，在多个海拔高度采集环境数据以及位置数据，包括：每升高单位海拔高度采集一次数据；所述单位海拔高度为100～300m。 3.根据权利要求1所述的高空大气积冰探测方法，其特征在于，所述环境数据包括：结冰厚度、温度、湿度和气压；所述位置数据包括空间坐标。 4.根据权利要求1所述的高空大气积冰探测方法，其特征在于，所述环境数据以及位置数据进行载波调制后，采用以L波段的频率发射至气象地面站。 5.根据权利要求1所述的高空大气积冰探测方法，其特征在于，根据所述环境数据以及位置数据计算高空大气积冰概率，计算公式如下：P＝HPrTe，其中；Te为温度，Te<0.4℃时取1，其他取0，Pr为采集湿度值P*1.3；在湿度70％以下时覆冰概率很低；H为海拔高度，在1300米以上时取值为1，其它取值为0.3。 6.一种高空大气积冰探测装置，其特征在于，包括：探空气球，用于携带环境检测组件、定位组件、载波调制模块以及发射机升空；环境检测组件，用于采集环境数据；定位组件，用于采集位置数据；载波调制模块，用于将所述环境数据以及位置数据进行载波调制成载波调制信号；发射机，用于将所述载波调制信号发送至气象地面站；气象地面站，用于接收到载波调制信号后进行解调，并分解得到所述环境数据以及位置数据，根据所述环境数据以及位置数据计算高空大气积冰概率及厚度。 7.根据权利要求6所述的高空大气积冰探测装置，其特征在于，所述环境检测组件包括：积冰监测传感器、湿度传感器、温度传感器和大气压力传感器；所述定位组件包括北斗定位芯片或GPS定位芯片。 8.根据权利要求6所述的高空大气积冰探测装置，其特征在于，所述发射机采用L波段的频率将所述载波调制信号发送至气象地面站，所述气象地面站通过无线电经纬仪或雷达接收所述载波调制信号。
说明书全文	高空大气积冰探测方法及装置技术领域 [0001] 本发明涉及气象探空领域，尤其涉及一种用于探空系统测量升空系统自地面至空中的结冰情况的高空大气积冰探测方法及装置。背景技术 [0002] 飞机在空中飞行时遇到的过冷水可依覆到机翼上造成结冰，将对升力产生阻力的影响，机翼结冰既影响附面层气流的流动，又会改变机翼气动外形，使翼型升内力系数容减小，阻力系数增大，同一迎角下的升阻比变小，机翼的最大升阻比降低。 [0003] 飞机结冰后，纵向、横航向的静稳定性和动稳定性都受到相应的影响。由于飞机结冰后改变了机翼的气动外形，因而改变了翼形焦点的位置；并且结冰改变了飞机的质量分布，对质心的位置也有一定的影响，这两项都会改变飞机的纵向静稳定性，结冰后气动外形的变化也改变了飞机纵向的各个气动导数。这使得飞机的纵向动稳定性也发生了改变，响应时间、峰值都有变化。操纵面结冰后操纵的杆力、操纵的效率都会发生变化，而且有时操纵面的缝隙结冰，不仅降低操纵效率，严重时会出现卡死现象，使操纵性能完全失效。将对飞行造成极大的危害。 [0004] 目前仍未有直接测量高空大气积冰的方法及装置。发明内容 [0005] 本发明提供了一种高空大气积冰探测方法及装置，用以解决现有飞机在高空飞行时机翼上结冰造成稳定性下降，且高空大气积冰不好测量的技术问题。 [0006] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为： [0007] 一种高空大气积冰探测方法，包括以下步骤： [0008] 通过探空气球悬挂积冰传感器升空到100m～30km高空，在多个海拔高度采集环境数据以及位置数据； [0009] 将环境数据以及位置数据进行载波调制后发射至气象地面站； [0010] 气象地面站接收到载波调制信号后进行解调并分解得到环境数据以及位置数据，根据环境数据以及位置数据计算高空大气积冰概率及厚度。 [0011] 作为本发明的方法的进一步改进： [0012] 在多个海拔高度采集环境数据以及位置数据，包括：每升高单位海拔高度采集一次数据；单位海拔高度为100～300m。 [0013] 环境数据包括：结冰厚度、温度、湿度和气压；位置数据包括空间坐标。 [0014] 环境数据以及位置数据进行载波调制后，采用以L波段的频率发射至气象地面站。 [0015] 根据环境数据以及位置数据计算高空大气积冰概率，计算公式如下： [0016] P＝HPrTe， [0017] 其中；Te为温度，Te<0.4℃时取1，其他取0，Pr为采集湿度值P1.3；在湿度70％以下时覆冰概率很低；H为海拔高度，在1300米以上时取值为1，其它取值为0.3。 [0018] 本发明还提供一种高空大气积冰探测装置，包括： [0019] 探空气球，用于携带环境检测组件、定位组件、载波调制模块以及发射机升空； [0020] 环境检测组件，用于采集环境数据； [0021] 定位组件，用于采集位置数据； [0022] 载波调制模块，用于将环境数据以及位置数据进行载波调制成载波调制信号； [0023] 发射机，用于将载波调制信号发送至气象地面站； [0024] 气象地面站，用于接收到载波调制信号后进行解调，并分解得到环境数据以及位置数据，根据环境数据以及位置数据计算高空大气积冰概率及厚度。 [0025] 作为本发明的装置的进一步改进： [0026] 环境检测组件包括：积冰监测传感器、湿度传感器、温度传感器和大气压力传感器；定位组件包括北斗定位芯片或GPS定位芯片。 [0027] 发射机采用L波段的频率将载波调制信号发送至气象地面站，气象地面站通过无线电经纬仪或雷达接收载波调制信号。 [0028] 本发明具有以下有益效果： [0029] 本发明的高空大气积冰探测方法及装置，通过使用搭载了新型的气象传感器的探空气球，测出等效大气基本气象参数和积冰情况，同时将气象和积冰数据实时传送至地面接收站，给作业人员提供量化的数据，判断高空大气中的过冷水和气象要素，对空域领域的某些工作进行指导和制定应对策略，使得整个过程高效、精准、安全。 [0030] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。附图说明 [0031] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： [0032] 图1是本发明优选实施例的高空大气积冰探测方法的流程示意图； [0033] 图2是本发明优选实施例的高空大气积冰探测装置的结构示意图。 [0034] 图中各标号表示： [0035] 1、探空气球；2、传感器组件；3、载波调制模块；4、发射机；5、气象地面站。具体实施方式 [0036] 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。 [0037] 参见图1，本发明高空大气积冰探测方法，包括以下步骤： [0038] S1：通过探空气球悬挂积冰传感器升空到100m～30km高空，在多个海拔高度采集环境数据以及位置数据； [0039] S2：将环境数据以及位置数据进行载波调制后发射至气象地面站； [0040] S3：气象地面站接收到载波调制信号后进行解调并分解得到环境数据以及位置数据，根据环境数据以及位置数据计算高空大气积冰概率及厚度。 [0041] 通过使用搭载了新型的气象传感器的探空气球，测出等效大气基本气象参数和积冰情况，同时将气象和积冰数据实时传送至地面接收站，给作业人员提供量化的数据，判断高空大气中的过冷水和气象要素，对空域领域的某些工作进行指导和制定应对策略，使得整个过程高效、精准、安全。 [0042] 实施时，在多个海拔高度采集环境数据以及位置数据，包括：每升高单位海拔高度采集一次数据；单位海拔高度为100～300m。例如，每升高或下降100m采集一次数据。其中，环境数据包括：结冰厚度、温度、湿度和气压；位置数据包括空间坐标(经纬度和海拔高度)。 [0043] 实施时，环境数据以及位置数据进行载波调制后，采用以L波段的频率发射至气象地面站。 [0044] 根据环境数据以及位置数据计算高空大气积冰概率，计算公式优选为： [0045] P＝HPrTe,其中Te<0.4℃时取1，其他取0，Pr为采集湿度值P1.3,在湿度70％以下时覆冰概率很低；H为海拔高度，在1300米以上时取值为1，其它取值为0.3。 [0046] 海拔高度H通常采用GPS测得的海拔高度数据直接进行计算。优选地，还通过环境数据中实际测得的气压数据，通过气压与海拔高度的标准公式换算成海拔高度，同步也进行上述高空大气积冰概率计算，以作为验证数据，当多组数据均出现偏差超出阈值时，需检修或者校准GPS。 [0047] 参见图2，本发明实施例还提供一种高空大气积冰探测装置，包括：探空气球1、传感器组件2、载波调制模块3、发射机4以及气象地面站5。其中，探空气球，用于携带环境检测组件、定位组件、载波调制模块以及发射机升空；传感器组件包括环境检测组件和定位组件。环境检测组件，用于采集环境数据；定位组件，用于采集位置数据。载波调制模块，用于将环境数据以及位置数据进行载波调制成载波调制信号；发射机，用于将载波调制信号发送至气象地面站；气象地面站，用于接收到载波调制信号后进行解调，并分解得到环境数据以及位置数据，根据环境数据以及位置数据计算高空大气积冰概率及厚度。 [0048] 本实施例中，发射机优选采用L波段的频率将载波调制信号发送至气象地面站，气象地面站通过无线电经纬仪或雷达接收载波调制信号，并进行解调。 [0049] 本实施例中，采用球径为1.5米的探空气球注满氢气H2。探空气球1可挂载300g重量的设备升往高空30km。实施时，环境检测组件包括：积冰监测传感器、湿度传感器、温度传感器和大气压力传感器；定位组件包括北斗定位芯片或GPS定位芯片。本实施例中，探空气球的实际挂载重量不超过200g。 [0050] 综上所述，本发明的高空大气积冰探测方法及装置，通过使用搭载了新型的气象传感器的探空气球，测出等效大气基本气象参数和积冰情况，同时将气象和积冰数据实时传送至地面接收站，给作业人员提供量化的数据，可快速获得不同高程的大气气象要素和过冷水积冰状况，对指导空域飞行等有指导意义。 [0051] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。