一种用于探测临近空间大气环境的探空仪及方法技术

本发明专利技术属于临近空间环境原位探测技术领域，特别涉及一种用于临近空间大气环境的探空仪及探测方法；包括：高精度气压传感器

【技术实现步骤摘要】
一种用于探测临近空间大气环境的探空仪及方法


[0001]本专利技术属于临近空间环境原位探测
，具体地说，涉及一种用于临近空间大气环境的探空仪及探测方法
。

技术介绍

[0002]临近空间环境探空，主要包括对大气风场
、
温度
、
压强
、
密度等环境参数进行探测
。
现有的临近空间大气环境的探空仪主要有两种：气球探空仪和火箭探空仪
。
其中，气球探空仪由气球将探空仪从地面携带至高空，现有技术的探测高度一般不超过
40km
，气球探空仪在上升或平漂过程中，通过测量温度，并进一步积分计算获得大气密度
、
压强；以及通过测量运动速度获取风速等信息
。
火箭探空仪由火箭将探空仪从高空下抛，下落过程中降落伞开伞后，该火箭探空仪通过测量温度和运动速度，进一步积分获得大气密度
、
压强和风速等信息
。
[0003]但是，上述两种探空仪，目前在高空环境探测中，特别是在温度
、
密度
、
压强的探测中有较大误差，而误差产生的根本原因是：温度探测器会显著受到太阳辐射和气动加热的影响，在
40
～
60km
的高度会产生较大的测量误差；并且，目前在较高高度上探空仪测量的大气密度
、
压强均是由所测的温度积分计算获得，由于积分运算，不可避免存在标定参考用的初始测量值不准的问题；这些都会导致最终大气环境参数测量误差较大，甚至不可信
。

技术实现思路

[0004]为了解决现有探空仪在
40
～
60km
的高度测量的温度数据受到太阳辐射和气动加热的影响，造成测量误差，从而导致探测的大气环境参数误差较大的问题，本专利技术提出了一种用于探测临近空间大气环境的探空仪及方法
。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供的用于探测临近空间大气环境的探空仪安装在高空气球或降落伞上，并相对于地面随所述高空气球向上飞行或随降落伞向下飞行；所述探空仪包括：高精度气压传感器
、GNSS
模块
、
通信数传模块和地面数据处理模块，共同完成临近空间大气环境探测其中，
[0006]所述高精度气压传感器，用于实时探测飞行过程中的外界大气环境气压，并将其作为临近空间大气气压；
[0007]所述
GNSS
模块，用于实时探测飞行过程中探空仪的位置信息和水平运动速度；并将所述水平运动速度作为所述临近空间大气风场；
[0008]所述通信数传模块，将临近空间大气气压
、
临近空间大气风场和探空仪的位置信息下传至所述地面数据处理模块；
[0009]所述地面数据处理模块，利用所述临近空间大气气压和对应的位置信息计算获得临近空间大气温度和临近空间大气密度
。
[0010]作为上述装置的一种改进，所述高精度气压传感器与通信数传模块电性连接，用于将探测的外界大气环境气压发送至设置在地面数据处理模块；
[0011]所述
GNSS
模块与所述通信数传模块电性连接，用于将探测的所述位置信息和水平运动速度发送至地面数据处理模块
。
[0012]作为上述装置的一种改进，所述地面数据处理模块，用于利用所述临近空间大气气压和对应的位置信息计算获得临近空间大气温度和临近空间大气密度的具体过程为：
[0013]根据气压传感器探测的外界大气环境气压
P
和对应的位置信息，微分计算在对应位置处的临近空间大气温度
T
；
[0014][0015]其中，
g
为重力加速度；
R
为气体常数；
z
为海拔高度；
[0016]根据气压传感器探测的外界大气气压
P
微分计算获得临近空间大气密度
ρ
：
[0017][0018]为实现本专利技术再一目的，本专利技术提供的用于探测临近空间大气环境的方法，基于上述的用于探测临近空间大气环境的探空仪实现，所述探空仪包括：高精度气压传感器
、GNSS
模块
、
通信数传模块和地面数据处理，共同完成临近空间大气环境探测；所述方法包括以下步骤：
[0019]步骤
1)
通过高空气球或降落伞将所述探空仪带至指定高度范围内；并使所述探空仪相对于地面随所述高空气球向上飞行或随降落伞向下飞行；
[0020]步骤
2)
通过所述气压传感器，实时探测飞行过程中的外界大气环境气压，并将其作为临近空间大气气压；通过所述
GNSS
模块，实时探测飞行过程中的位置信息和水平运动速度；并将所述水平运动速度作为所述临近空间大气风场；
[0021]步骤
3)
通过所述通信数传模块，将临近空间大气气压
、
临近空间大气风场和探空仪的位置信息气压传感器和
GNSS
模块数据下传至所述地面数据处理反演模块；
[0022]步骤
4)
通过所述地面数据处理模块，利用所述临近空间大气气压和对应的位置信息计算获得临近空间大气温度和临近空间大气密度
。
[0023]作为上述方法的一种改进，所述步骤
4)
具体包括：
[0024]根据气压传感器探测的外界大气环境气压
P
和对应的位置信息，微分计算对应位置处的临近空间大气温度
T
；
[0025][0026]其中，
g
为重力加速度；
R
为气体常数；
z
为海拔高度；
[0027]根据气压传感器探测的外界大气气压
P
，微分计算获得临近空间大气密度
ρ
[0028][0029]作为上述方法的一种改进，所述指定高度范围为距离地面
40
～
60km。
[0030]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0031]相较于传统的使用误差较大的温度探测，进一步再积分计算大气温度
、
密度
、
气压和风速的方法，本专利技术提供的用于探测临近空间大气环境的探空仪，能够解决现有的探空仪在高空临近空间大气环境探测中误差较大的问题，通过具有较高精度的气压传感器进行
气压测量，气压测量值不受太阳辐射和气动加热的影响，再利用气压测量值微分计算大气温度和密度，利用
GNSS
所述直接探测大气风场；同时，由于微分计算不需要初值，可以规避积分计算的初值问题；该方法将显著提高
40
～
60km
的临近空间环境的大气温度
、
密度
、
气压和风场的探测精度...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于探测临近空间大气环境的探空仪，所述探空仪安装在高空气球或降落伞上，并相对于地面随所述高空气球向上飞行或随降落伞向下飞行；其特征在于，所述探空仪包括：高精度气压传感器
、GNSS
模块
、
通信数传模块和地面数据处理模块，共同完成临近空间大气环境探测其中，所述高精度气压传感器，用于实时探测飞行过程中的外界大气环境气压，并将其作为临近空间大气气压；所述
GNSS
模块，用于实时探测飞行过程中探空仪的位置信息和水平运动速度；并将所述水平运动速度作为所述临近空间大气风场；所述通信数传模块，将临近空间大气气压
、
临近空间大气风场和探空仪的位置信息下传至所述地面数据处理模块；所述地面数据处理模块，利用所述临近空间大气气压和对应的位置信息计算获得临近空间大气温度和临近空间大气密度
。2.
根据权利要求1所述的用于探测临近空间大气环境的探空仪，其特征在于，所述高精度气压传感器与通信数传模块电性连接，用于将探测的外界大气环境气压发送至设置在地面数据处理模块；所述
GNSS
模块与所述通信数传模块电性连接，用于将探测的所述位置信息和水平运动速度发送至地面数据处理模块
。3.
根据权利要求1所述的用于探测临近空间大气环境的探空仪，其特征在于，所述地面数据处理模块，用于利用所述临近空间大气气压和对应的位置信息计算获得临近空间大气温度和临近空间大气密度的具体过程为：根据气压传感器探测的外界大气环境气压
P
和对应的位置信息，微分计算在对应位置处的临近空间大气温度
T
；其中，
g
为重力加速度；
R
为气体常数；
z
为探空仪的海拔高度；根据气压传感器探测的外界大气气压
P
微分计算获得临近空间大气密度
ρ
：
4.
一种用于探测临...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂翠，胡雄，韦峰，史东波，王欣颖，
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：