一种高精度的临近空间实时原位测风的装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高精度的临近空间实时原位测风的装置，其包括：声传感器，用于声波发射信号的接收；扬声器，用于声波发射信号的发射；旋转机构，用于所述扬声器和所述声传感器的转动；收发控制子装置，用于为所述旋转机构提供控制信号、产生并放大声波发射信号、将接收的声波发射信号转换为数字信号；数据处理子装置，用于大气风场的反演；所述声传感器与所述扬声器相对放置，且二者在同一水平线上；所述旋转机构位于所述声传感器和所述扬声器的下方，用于周期性旋转所述声传感器和所述扬声器，该装置不仅容易实现，而且不需要计算声速，因此在风场反演过程中，消除了声速误差的影响，提高了测风精度。

A high precision near space in situ wind measurement device and its method

The invention relates to a device for high precision real-time in situ wind near space comprises a sound sensor for receiving acoustic emission signal; speaker for acoustic emission signal transmission; the rotary mechanism for the speaker and the rotating acoustic sensor; transceiver control sub device for the rotating mechanism provides a control signal, and amplifying the acoustic emission signal, the received acoustic emission signal is converted to digital signal; data processing device used for inversion of atmospheric wind field; the sound sensor and the loudspeaker is placed on the two, and at the same level; below the rotating mechanism at the sound the sensor and the loudspeaker, for periodic rotation of the acoustic sensor and the loudspeaker, the device is not only easy to implement, but does not need to calculate the velocity, Therefore, in the process of wind field inversion, the influence of sound velocity error is eliminated and the accuracy of wind measurement is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种高精度的临近空间实时原位测风的装置及其方法
本专利技术属于大气风场原位探测的
，具体涉及一种高精度的临近空间实时原位测风的装置及其方法。
技术介绍
由于临近空间是一个低温低气压环境，与地面附近的大气参数存在非常大的差别。因此，这种差别导致现有的地面原位测风装置无法用于高空大气风场的测量。并且气球探空仪、下投探空仪和火箭探空仪等原位测风手段都是将探空气球或者降落伞作为风的示踪物来实现风场测量。但是，只能一次性探测大气风场的单个垂直剖面，无法满足大的空间覆盖范围的风场探测需求。总之，目前还没有实时原位测风装置和方法能够在临近空间，特别是平流层高度进行大范围长时连续测风。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为解决现有的原位测风装置存在上述缺陷，以及满足临近空间大气风场数据的大范围、长时连续、实时的原位探测需求，提供了临近空间实时原位测风的装置及其方法，不仅容易实现，而且不需要计算声速，因此在风场反演过程中，消除了声速误差的影响，提高了测风精度。为实现上述目的，本专利技术提供一种高精度的临近空间实时原位测风的装置，可以应用于临近空间大气风场的测量，采用了一对扬声器和声传感器，通过测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度的临近空间实时原位测风的装置，其特征在于，其包括：声传感器，用于声波发射信号的接收；扬声器，用于声波发射信号的发射；旋转机构，用于所述扬声器和所述声传感器的转动；收发控制子装置，用于为所述旋转机构提供控制信号、产生并放大声波发射信号、将接收的声波发射信号转换为数字信号；数据处理子装置，用于大气风场的反演；所述声传感器与所述扬声器相对放置，且二者在同一水平线上；所述旋转机构位于所述声传感器和所述扬声器的下方，用于周期性旋转所述声传感器和所述扬声器。

【技术特征摘要】
1.一种高精度的临近空间实时原位测风的装置，其特征在于，其包括：声传感器，用于声波发射信号的接收；扬声器，用于声波发射信号的发射；旋转机构，用于所述扬声器和所述声传感器的转动；收发控制子装置，用于为所述旋转机构提供控制信号、产生并放大声波发射信号、将接收的声波发射信号转换为数字信号；数据处理子装置，用于大气风场的反演；所述声传感器与所述扬声器相对放置，且二者在同一水平线上；所述旋转机构位于所述声传感器和所述扬声器的下方，用于周期性旋转所述声传感器和所述扬声器。2.根据权利要求1所述的高精度的临近空间实时原位测风的装置，其特征在于，利用所述旋转机构将扬声器和声传感器以两者距离的中心位置为圆心旋转180°，所述数据处理子装置分别接收旋转前和旋转后的数字信号，对应得到在顺风情况下，声波信号从扬声器到声传感器的传播时间延迟t1和逆风情况下，声波信号从扬声器到声传感器的传播时间延迟t2；再根据公式(1)获得沿扬声器-声传感器方向上的一维风速V，其中，所述扬声器-声传感器方向为y方向；其中，L为扬声器和声传感器之间的距离，t1为旋转前的顺风时声波信号从扬声器到声传感器的传播时间延迟，t2为旋转180°后的逆风时声波信号从扬声器到声传感器的传播时间延迟。3.根据权利要求2所述的高精度的临近空间实时原位测风装置，其特征在于，利用所述旋转机构将扬声器和声传感器旋转至垂直于y方向的x方向，通过数据处理子装置分别得到在x方向上顺风情况下，声波信号从扬声器到声传感器的传播时间延迟t1′和逆风情况下，声波信号从扬声器到声传感器的传播时间延迟t2′；利用公式(2)得到x方向上的风速V′；根据公式(3)，获得二维风场的风速VW；若y方向沿正北方向，二维风场的风向由下式得到：其中φ为二维风场的风向。4.一种基于上述权利要求1-3中任一的临近空间实时原位测风的装置的测风方法，具体包括：步骤1)收发控制子装置产生声波发射信号，所述声波发射信号放大后传输至所述扬声器，所述扬声器发射所述声波发射信号；步骤2)所述声传感器接收所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雄，宋亮，涂翠，韦峰，王欣颖，闫召爱，郭岗岗，史东波，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11