[发明专利]探空仪及基于INS的高空风探测方法

权利要求书

1.一种探空仪，其特征在于，包括气象传感器、惯性导航模块、探空仪主板及发射机，其中：气象传感器用于探测空中的多种气象要素；惯性导航模块用于获取探空仪的导航参数；探空仪主板与前述气象传感器和惯性导航模块信号连接并用于执行前述气象要素和导航参数的数据质量处理、信号采样变换以及数据流生成，并将数据流传输至发射机；发射机接收探空仪主板传输的数据流并发射。 

2.根据权利要求1所述的探空仪，其特征在于，前述惯性导航模块为捷联式惯性导航模块，其采用数字罗盘与陀螺仪中的至少一种与加速度计的组合。 

3.根据权利要求2所述的探空仪，其特征在于，惯性导航模块在初始化时建立探空仪坐标系相对于地理坐标系的初始关系，进行初始对准，从而为积分运算提供初值，初始对准的基本步骤如下：在地面静止条件下读取惯性导航模块采集的加速度信息，与当地重力加速度进行比对，利用姿态变换矩阵反推姿态角信息，将获得的姿态角初值输入数据处理模块作为初始姿态矩阵。 

4.根据权利要求3所述的探空仪，其特征在于，惯性导航模块利用卡尔曼滤波算法或其他滤波算法滤除定位的随机误差，提高导航的精度。 

5.根据权利要求4所述的探空仪，其特征在于，探空仪在飞行过程中，前述加速度计测量探空仪相对于惯性参照系的3个平移运动加速度，前述数字罗盘和/或陀螺仪测量探空仪相对于惯性参照系的3个转动角度，惯性导航模块据此计算探空仪惯性坐标系至地理坐标系的坐标变换矩阵，通过该矩阵，把加速度计测得的加速度数据变换至地理坐标系进行导航计算，得到探空仪的导航参数，即速度和位置信息。 

6.根据权利要求3所述的探空仪，其特征在于，前述探空仪主板上安装有多路开关输入模块、微处理器和输出模块，通过输入模块和微处理器对气象要素与探空仪导航参数进行数据质量处理、信号采样变换以及数据流生成，并通过输出模块将数据流传输至发射机。 

7.一种基于INS的高空风探测方法，其特征在于，包括以下步骤： 

利用气象传感器探测空中的多种气象要素； 

利用惯性导航模块获取探测仪的导航参数； 

对气象要素和导航参数进行数据质量处理、信号采样变换以及数据流生成； 

将数据流传输至发射机；以及 

发射机将数据流发射至地面数据接收处理单元。 

8.根据权利要求7所述的基于INS的高空风探测方法，其特征在于，前述惯性导航模块在初始化时建立探空仪坐标系相对于地理坐标系的初始关系，进行初始对准，从而为积分运算提供初值，初始对准的基本步骤如下：在地面静 止条件下读取惯性导航模块采集的加速度信息，与当地重力加速度进行比对，利用姿态变换矩阵反推姿态角信息，将获得的姿态角初值输入数据处理模块作为初始姿态矩阵。 

9.根据权利要求8所述的基于INS的高空风探测方法，其特征在于，前述惯性导航模块利用卡尔曼滤波算法或其他滤波算法滤除定位的随机误差，提高导航的精度。 

10.根据权利要求9所述的基于INS的高空风探测方法，其特征在于，探空仪在飞行过程中，前述加速度计测量探空仪相对于惯性参照系的3个平移运动加速度，前述数字罗盘和/或陀螺仪测量探空仪相对于惯性参照系的3个转动角度，惯性导航模块据此计算探空仪惯性坐标系至地理坐标系的坐标变换矩阵，通过该矩阵，把加速度计测得的加速度数据变换至地理坐标系进行导航计算，得到探空仪的导航参数，即速度和位置信息。