下投式探空仪及其投放方法和系统与流程

本发明涉及气象探测以及探空设备技术领域，尤其涉及下投式探空仪及其投放方法和系统。

背景技术：

下投式探空仪的工作原理是将探空仪从飞机、飞艇等飞行器自预定高度投下，从而获取从预定下投高度到地面、海面的大气温度、湿度、气压、风向、风速等气象要素。对弥补海洋、沙漠、低纬度和南半球等地区高空气象观测台站稀少，有一定贡献作用。对台风监测预报、全球性高空气象观测站网的合理分布，获取更全面的高空气象探测数据，建立大气科学理论和提高天气预报的准确率有重要作用。

然而，目前的下投式探空仪只有在定位稳定后，探空数据处理终端才能正常工作，在下投式探空仪在上电后，从吊舱中投放出去，此时下投式探空仪开始进行定位，而出于成本、稳定性及高空作业等原因，目前的快速定位模块并不适用于下投式探空仪，下投式探空仪中的定位系统从启动到稳定工作通常需要40-90秒的时间，此时下投式探空仪下降约几百米到一千多米，均无探测数据，导致只能通过提高飞行器的飞行高度等方式弥补，而飞行器的飞行高度有限，从而给探测工作带来不便，影响探测数据获取率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种下投式探空仪及其投放方法和投放系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种下投式探空仪，所述下投式探空仪装填在飞行器的吊舱的弹射筒内，所述下投式探空仪包括：激活模块和定位模块；

当所述飞行器到达预设投放点后，所述激活模块用于根据所述飞行器内的探空激活及接收装置发送的上电指令进行上电激活，接收所述探空激活及接收装置预先获取的卫星星历数据和配置参数指令，并对所述卫星星历数据进行处理，所述定位模块用于根据处理后的所述卫星星历数据进行定位；

所述激活模块还用于根据所述配置参数指令配置参数，并将工作状态信息返回给所述探空激活及接收装置；

当所述下投式探空仪处于工作状态时，被所述弹射筒投放出去。

本发明的有益效果是：本发明提供的下投式探空仪，探空激活及接收装置在对下投式探空仪进行上电激活后，直接将提前接收到的星历信息高速传输给下投式探空仪，加快下投式探空仪定位模块定位稳定时间，可将下投式探空仪定位模块定位时间缩短至5-10秒，极大提高了探测数据获取率，以及下投式探空仪在业务使用中的可靠性、实用性及便捷性。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种下投式探空仪的投放方法，所述下投式探空仪包括：激活模块和定位模块，所述投放方法包括：

将下投式探空仪装填入飞行器的吊舱的弹射筒内；

当所述飞行器到达预设投放点后，所述飞行器内的探空激活及接收装置对所述激活模块进行上电激活；

所述探空激活及接收装置将预先获取的卫星星历数据注入到激活后的所述激活模块中，并向所述激活模块发送配置参数指令；

所述激活模块接收所述卫星星历数据并进行处理；

所述定位模块根据处理后的所述卫星星历数据进行定位；

所述激活模块根据所述配置参数指令配置参数，并将工作状态信息返回给所述探空激活及接收装置；

所述弹射筒投放处于工作状态的所述下投式探空仪。

本发明的有益效果是：本发明提供的投放方法，探空激活及接收装置在对下投式探空仪进行上电激活后，直接将提前接收到的星历信息高速传输给下投式探空仪，加快下投式探空仪定位模块定位稳定时间，可将下投式探空仪定位模块定位时间缩短至5-10秒，极大提高了探测数据获取率，以及下投式探空仪在业务使用中的可靠性、实用性及便捷性。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种下投式探空仪的投放系统，包括：飞行器，所述飞行器内设置有探空激活及接收装置和吊舱，所述吊舱的弹射筒内装填有下投式探空仪，所述下投式探空仪包括：激活模块和定位模块；

所述探空激活及接收装置用于当所述飞行器到达预设投放点后对所述激活模块进行上电激活，并将预先获取的卫星星历数据注入到激活后的所述激活模块中，并向所述激活模块发送配置参数指令；

所述激活模块用于接收所述卫星星历数据并进行处理，所述定位模块用于根据处理后的所述卫星星历数据进行定位；

所述激活模块还用于根据所述配置参数指令配置参数，并将工作状态信息返回给所述探空激活及接收装置；

所述弹射筒用于投放处于工作状态的所述下投式探空仪。

本发明的有益效果是：本发明提供的投放系统，探空激活及接收装置在对下投式探空仪进行上电激活后，直接将提前接收到的星历信息高速传输给下投式探空仪，加快下投式探空仪定位模块定位稳定时间，可将下投式探空仪定位模块定位时间缩短至5-10秒，极大提高了探测数据获取率，以及下投式探空仪在业务使用中的可靠性、实用性及便捷性。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明提供的下投式探空仪结构示意图；

图2为本发明提供的下投式探空仪展开结构示意图；

图3为本发明下投式探空仪的投放方法的实施例提供的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

为便于理解，下面对下投式探空仪的结构进行说明，如图1所示，为本发明提供的一种示例性下投式探空仪的结构图，该下投式探空仪主要包括：温度传感器11、湿度传感器12、气压传感器13、支架板14、采集板15、定位模块16、主控发射板17、发射天线18、激活模块19、前盖21、后盖22、降落伞23、伞盖24以及壳体26。

还可以包括：电池组31和手动断电单元32。电池组31用于为下投式探空仪的内部设备供电，手动断电单元32用于手动断电。

其中，温度传感器11、湿度传感器12安装在支架板14上，气压传感器13安装在采集板15上。温度传感器11、湿度传感器12和气压传感器13主要用来进行高空温度、湿度、气压的测量。

支架板14主要用于搭载温度传感器11和湿度传感器12，并将温度传感器11和湿度传感器12露出壳体26外部，便于更准确的探测实时点温度和湿度。采集板15主要将温度传感器11、湿度传感器12和气压传感器13探测的数据进行采集，并把这些数据打包编码发送给主控发射板17。定位模块16主要用于获取下投式探空仪在下落过程中的实时卫星定位数据等。主控发射板17主要是对下投式探空仪各模块进行控制，并对采集板15和定位模块16获取的数据进行打包编码通过发射天线18进行发送到地面接收设备。

降落伞23放置于前盖21与伞盖24之间组成的降落伞23仓里，并通过减震绳25与下投式探空仪相连。

如图2所示，为本发明提供的下投式探空仪1展开结构示意图，降落伞23通过减震绳25与下投式探空仪1连接，下投式探空仪1脱离飞机后，伞盖24自动脱落，降落伞23仓内降落伞23自动打开，并通过通风气孔将降落伞23内充满空气，缓慢下落，直至下投式探空仪1降落到海面或地面，并将实时探测数据无线传回探空激活及接收装置，探空激活及接收装置将接收到的数据通过机上数据链传输回地面指控中心。

在本发明提供的一种可能实施例中，下投式探空仪可以包括如下功能或结构。

下投式探空仪装填在飞行器的吊舱的弹射筒内，下投式探空仪包括：激活模块和定位模块；

当飞行器到达预设投放点后，激活模块用于根据飞行器内的探空激活及接收装置发送的上电指令进行上电激活，接收探空激活及接收装置预先获取的卫星星历数据和配置参数指令，并对卫星星历数据进行处理，定位模块用于根据处理后的卫星星历数据进行定位；

激活模块还用于根据配置参数指令配置参数，并将工作状态信息返回给探空激活及接收装置；

当下投式探空仪处于工作状态时，被弹射筒投放出去。

可选地，在一些实施例中，激活模块具体用于当接收到探空激活及接收装置注入的星历指令时，接收探空激活及接收装置分包传送的卫星星历数据，判断卫星星历数据的全部数据包是否接收完成；

如果全部数据包接收完成，则对卫星星历数据进行数据校验，如果卫星星历数据校验通过，则将卫星星历数据注入到定位模块，定位模块用于根据校验通过的卫星星历数据进行定位；

如果卫星星历数据校验未通过，则向探空激活及接收装置重新请求注入卫星星历数据。

可选地，在一些实施例中，激活模块具体用于当接收到配置频率指令时，接收探空激活及接收装置传送的频率数据，对频率数据进行校验；

如果频率数据校验通过，则保存频率数据；

如果频率数据校验未通过，则向探空激活及接收装置重新请求配置频率数据。

可选地，在一些实施例中，激活模块具体用于当接收到读写地址指令时，接收探空激活及接收装置传送的地址数据，对地址数据进行校验；

如果地址数据校验通过，则保存地址数据；

如果地址数据校验未通过，则向探空激活及接收装置重新请求读写地址数据。

可选地，在一些实施例中，激活模块还用于当接收到配置系数指令时，接收探空激活及接收装置传送的系数数据，对系数数据进行校验；

如果系数数据校验通过，则保存系数数据；

如果系数数据校验未通过，则向探空激活及接收装置重新请求配置系数数据。

可选地，在一些实施例中，激活模块还用于当接收到自检指令时，获取下投式探空仪的工作数据，发送给探空激活及接收装置进行检测。

可选地，在一些实施例中，探空激活及接收装置与下投式探空仪之间通过无线通信链路进行数据传输。

需要说明的是，上述下投式探空仪的各个实施例中，对于各结构或各结构功能的说明，可以参照后续投放方法实施例中对应结构或结构功能的说明，在此不再赘述。

下面对投放方法进行说明。

如图3所示，为本发明下投式探空仪的投放方法的实施例提供的流程示意图，该下投式探空仪的投放方法包括：

s1，将下投式探空仪装填入飞行器的吊舱的弹射筒内。

应理解，对于下投式探空仪而言，装填时可以推动发射装置前端面，前端面压缩复位弹簧至顶针卡嵌至卡爪内，使下投式探空仪完整装填至弹射筒内。然而启动步进电机转动回转框轮，将已装填完毕的弹射筒旋转至筒内，按上述方式装填后续下投式探空仪，装填完毕后按设备操作要求使设备进入待飞行探测状态。

s2，当飞行器到达预设投放点后，飞行器内的探空激活及接收装置对激活模块进行上电激活。

需要说明的是，探空激活及接收装置是设置在飞行器上的，探空激活及接收装置可以通过无线通信链路与下投式探空仪通信。

应理解，当探空激活及接收装置可以通过无线通信链路与下投式探空仪通信时，必然包含无线通信模块，例如，可以通过zigbee、蓝牙、3g、4g、5g等通信方式实现无线通信。

通过无线方式工作，实现无线上电、无线激活，可以使整个上电激活过程独立自动运行，也可以远程控制。

需要说明的是，下投式探空仪的激活主要依赖于内置的激活模块，在下投式探空仪的总电源接通后，激活模块会首先开始工作，默认情况下激活模块会向下投式探空仪的其他内部设备输入待机信号，如定位模块、温度传感器、湿度传感器和气压传感器等，使下投式探空仪整体处于待机静默状态，此时，总的待机电流不超过1毫安。

当激活模块接收到激活唤醒信号后，会向下投式探空仪内的其他设备发出上电激活信号，使下投式探空仪开始工作。然后向探空激活及接收装置发送ack反馈数据，提示下投式探空仪上电，同时激活模块被配置为数据传输模式，准备后续功能的执行。

下投式探空仪激活后，探空激活及接收装置就可以向激活模块发送频率数据、地址数据等，下投式探空仪也可以通过激活模块将反馈信息发送给探空激活及接收装置，实现下投式探空仪的各种探测功能。

s3，探空激活及接收装置将预先获取的卫星星历数据注入到激活后的激活模块中，并向激活模块发送配置参数指令。

应理解，在现有技术中，以下投式探空仪为例，下投式探空仪是在投放出去后，开始工作，进行定位，由于弹射筒和吊舱通常为金属结构，因此在下投式探空仪被投放之前，有静电屏蔽等原因，无法直接实现在吊舱内进行定位，而本发明中，在将下投式探空仪上电工作之后，投放之前，通过设置于飞行器上的探空激活及接收装置接收卫星星历数据，再将预先接收到的卫星星历数据注入到下投式探空仪的定位模块中，使定位模块能够根据探空激活及接收装置预先接收到的卫星星历数据进行提前定位，由于在下投式探空仪投放之前，下投式探空仪是装填在飞行器的弹射筒内的，所以可以将定位结果作为下投式探空仪自身的定位数据，从而实现缩短定位时间的效果。

s4，激活模块接收卫星星历数据并进行处理，定位模块根据处理后的卫星星历数据进行定位，激活模块根据配置参数指令配置参数，并将工作状态信息返回给探空激活及接收装置。

需要说明的是，由于星历数据量较大，因此星历数据通常会分包传送，因此，对于卫星星历数据的处理通常指的是判断是否缺少数据包、是否存在重复无效数据等。

应理解，配置参数可以包括：配置频率，指的是设置下投式探空仪的发射频率；读写地址，指的是为生产下投式探空仪时产生的下投式探空仪的编号，程序上称为地址；配置系数，指的是系数为下投式探空仪传感器的拟合系数，生产时写入系数，使用时读出系数。启动自检，指的是将来下投式探空仪内部会有一段自检程序，通过激活可以启动自检程序。

应理解，以上功能都是独立的指令模块，功能实现上不分先后，启动自检是在所有参数配置完成后执行，以上功能可以通过用户接口处一键完成。

s5，弹射筒投放处于工作状态的下投式探空仪。

本实施例提供的投放方法，探空激活及接收装置在对下投式探空仪进行上电激活后，直接将提前接收到的星历信息高速传输给下投式探空仪，加快下投式探空仪定位模块定位稳定时间，可将下投式探空仪定位模块定位时间缩短至5-10秒，极大提高了探测数据获取率，以及下投式探空仪在业务使用中的可靠性、实用性及便捷性。

可选地，在一些实施例中，激活模块接收卫星星历数据并进行处理，具体包括：

当激活模块接收到注入星历指令时，接收探空激活及接收装置分包传送的卫星星历数据，判断卫星星历数据的全部数据包是否接收完成；

如果全部数据包接收完成，则对卫星星历数据进行数据校验；

如果卫星星历数据校验通过，则将卫星星历数据注入到下投式探空仪的定位模块，定位模块根据卫星星历数据进行定位；

如果卫星星历数据校验未通过，则向探空激活及接收装置重新请求注入卫星星历数据。

需要说明的是，可以将重新请求注入卫星星历数据的次数设置为3次，避免因卫星星历数据注入失败导致重复请求。

可选地，在一些实施例中，根据配置参数指令配置参数，具体包括：

当激活模块接收到配置频率指令时，接收探空激活及接收装置传送的频率数据，对频率数据进行校验；

如果频率数据校验通过，则将频率数据保存至下投式探空仪的存储模块中；

如果频率数据校验未通过，则向探空激活及接收装置重新请求配置频率数据。

需要说明的是，可以将重新请求注入配置频率数据的次数设置为3次，避免因配置频率数据注入失败导致重复请求。

通过无线激活技术向处于工作状态下的下投式探空仪发送频率配置命令，在规定频率内任意设置下投式探空仪的频率，以规避干扰或达到多支下投式探空仪同时作业的需求。

可选地，在一些实施例中，根据配置参数指令配置参数，还包括：

当激活模块接收到读写地址指令时，接收探空激活及接收装置传送的地址数据，对地址数据进行校验；

如果地址数据校验通过，则将地址数据保存至下投式探空仪的存储模块中；

如果地址数据校验未通过，则向探空激活及接收装置重新请求读写地址数据。

需要说明的是，可以将重新请求注入地址数据的次数设置为3次，避免因地址数据注入失败导致重复请求。

可选地，在一些实施例中，根据配置参数指令配置参数，还包括：

当激活模块接收到配置系数指令时，接收探空激活及接收装置传送的系数数据，对系数数据进行校验；

如果系数数据校验通过，则将系数数据保存至下投式探空仪的存储模块中；

如果系数数据校验未通过，则向探空激活及接收装置重新请求配置系数数据。

应理解，当接收到自检指令时，下投式探空仪会启动自检功能，将温度数据、湿度数据、气压数据、定位数据、电池电压等数据通过激活模块输出，以便检测下投式探空仪的有效性

可选地，在一些实施例中，根据配置参数指令配置参数之后，还包括：

当激活模块接收到自检指令时，获取下投式探空仪的工作数据，发送给探空激活及接收装置进行检测。

可选地，在一些实施例中，探空激活及接收装置与下投式探空仪之间通过无线通信链路进行数据传输。

可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。

在本发明的其他实施例中，还提供一种下投式探空仪的投放系统，包括：飞行器，飞行器内设置有探空激活及接收装置和吊舱，吊舱的弹射筒内装填有下投式探空仪，下投式探空仪包括：激活模块和定位模块；

探空激活及接收装置用于当飞行器到达预设投放点后对激活模块进行上电激活，并将预先获取的卫星星历数据注入到激活后的激活模块中，并向激活模块发送配置参数指令；

激活模块用于接收卫星星历数据并进行处理，定位模块用于根据处理后的卫星星历数据进行定位；

激活模块还用于根据配置参数指令配置参数，并将工作状态信息返回给探空激活及接收装置；

弹射筒用于投放处于工作状态的下投式探空仪。

本实施例提供的投放系统，探空激活及接收装置在对下投式探空仪进行上电激活后，直接将提前接收到的星历信息高速传输给下投式探空仪，加快下投式探空仪定位模块定位稳定时间，可将下投式探空仪定位模块定位时间缩短至5-10秒，极大提高了探测数据获取率，以及下投式探空仪在业务使用中的可靠性、实用性及便捷性。

可选地，在一些实施例中，激活模块具体用于当接收到探空激活及接收装置注入的星历指令时，接收探空激活及接收装置分包传送的卫星星历数据，判断卫星星历数据的全部数据包是否接收完成；

如果全部数据包接收完成，则对卫星星历数据进行数据校验，如果卫星星历数据校验通过，则将卫星星历数据注入到定位模块，定位模块用于根据校验通过的卫星星历数据进行定位；

如果卫星星历数据校验未通过，则向探空激活及接收装置重新请求注入卫星星历数据。

可选地，在一些实施例中，激活模块具体用于当接收到配置频率指令时，接收探空激活及接收装置传送的频率数据，对频率数据进行校验；如果频率数据校验通过，则将频率数据保存至下投式探空仪的存储模块中；如果频率数据校验未通过，则向探空激活及接收装置重新请求配置频率数据。

通过无线激活技术向处于工作状态下的下投式探空仪发送频率配置命令，在规定频率内任意设置下投式探空仪的频率，以规避干扰或达到多支下投式探空仪同时作业的需求。

可选地，在一些实施例中，激活模块具体用于当接收到读写地址指令时，接收探空激活及接收装置传送的地址数据，对地址数据进行校验；如果地址数据校验通过，则将地址数据保存至下投式探空仪的存储模块中；如果地址数据校验未通过，则向探空激活及接收装置重新请求读写地址数据。

可选地，在一些实施例中，激活模块具体用于当接收到配置系数指令时，接收探空激活及接收装置传送的系数数据，对系数数据进行校验；如果系数数据校验通过，则将系数数据保存至下投式探空仪的存储模块中；如果系数数据校验未通过，则向探空激活及接收装置重新请求配置系数数据。

可选地，在一些实施例中，激活模块具体用于当接收到自检指令时，获取下投式探空仪的工作数据，发送给探空激活及接收装置进行检测。

可选地，在一些实施例中，探空激活及接收装置与下投式探空仪之间通过无线通信链路进行数据传输。

可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。

需要说明的是，上述各实施例是与在先方法实施例对应的产品实施例，对于产品实施例中各可选实施方式的说明可以参考上述各方法实施例中的对应说明，在此不再赘述。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。