[发明专利]一种近地高度风速测量装置及方法

说明书

本发明提供了一种近地高度风速测量装置及方法，其中包括如下结构：多个测风气球及与每个所述测风气球对应的LED灯带及其电池、绳子、倾角传感器及其电池、固定装置；其中，每个所述测风气球、LED灯带及其电池、倾角传感器及其电池固定于独立对应的绳子一端，所述绳子的另一端固定于独立对应的固定装置上。以飞艇为圆心，设置多个观测点，在每个观测点上沿半径方向布置高度不同的三个测风气球；根据所述倾角传感器的数据计算得出实时风速。本发明消除了地面风速风向仪的高度局限性，为评估飞艇在空中的稳定性提供了更为可靠的依据；本发明可对飞艇放飞区域附近的阵风进行预测，为飞艇放飞提供实时的气象条件，降低风场的多变性带来的风险。

技术领域

本发明为一种近地高度风速测量装置及方法，适用于飞艇放飞时近地气象观测。

背景技术

随着科学技术的进步，以及军事领域技术革命的进展，平流层飞艇作为一种新型的临近空间飞行平台，具有高空侦查、对地观测、空间观测、大地测绘、防灾减灾等各领域的优势，成为世界各国广泛研究的热点。

地球表面的大气层可以看作若干个同心圆，按照大气温度随高度的变化规律，可以将大气层分为对流层、平流层、中间层、热层、散逸层五个层次。对流层中风速一般是随着高度的增加而增加，且变化较为复杂，没有规律，需要依靠实际测量。1.5km高度以下的大气层由于受到温度、地形、建筑物等影响，空气运动有明显的紊流运动特征，表现为风速和温度在时间和空间上变化激烈。而高空飞艇的动力学设计一般都处于亚临界状态，能源冗余度低，对放飞时气象窗口有严格的要求。如果没有精确、完善的气象预报，往往会导致放飞失败。因此，在飞行前必须建立从地面到平流层高度广大范围的高精度气象观测预测技术。尤其需要实时观测放飞区域的风速风向。

地面风速风向仪受高度限制只能预测贴近地面的风速和风向，而飞艇由于体积巨大，放飞前高度可达空中100m左右，因此，仅仅依靠风速风向仪的数据无法准确判断当下的气象条件是否为飞艇放飞的窗口。因此，有必要提出一种直观、准确、有效、实时的预测艇库近地面风场的方法，以提高飞艇放飞时的气象条件的可靠性。

中国发明专利公开号CN103645339A公开了一种移动式风场风速全尺度高度分布测量装置，其特征在于，包括气球、垂直索、固定气球的第一斜拉索、固定气球的第二斜拉索、固定气球的第三斜拉索、风速仪；所述气球设置有左机翼和右机翼，所述风速仪设置在气球和/或垂直拉索和/或第一斜拉索和/或第二斜拉索和/或第三斜拉索上。该发明在飞艇式气球上增设了一对水平机翼，在气球带机翼升空后，气球的浮力和机翼上的升力共同作用下，在垂直拉索上产生较大的提升力，从而避免气球在风力的作用下四处飘动；将风速仪的安装方式由传统的支撑式改为悬挂式，6～10个数字式风速仪布置在100m多的垂直索上。通过移动斜拉索和垂直拉索的基石，可对复杂地形变化的风场，进行多点风速高度分布的全尺度测量。

然而，上述专利中，用于风速测量的装置结构较为复杂，需要安装的部件多，安装过程繁琐；并且，由于风速测量仅仅位于一个固定点，无法观测到离固定点稍远距离的阵风，无法预警风场突变对飞艇放飞所带来的风险。

发明内容

本发明是一种近地面风速、风向观测装置及方法，主要用于解决以下技术问题：(1)实时准确观测到放飞时放飞区域内不同地面高度处的风速风向；(2)准确观测到放飞区域的阵风，同时可以计算出阵风到达放飞点所需时间，以判断是否对飞艇放飞产生较大影响，降低由于风场突变带来的风险。

具体的，根据本发明的一个方面，提供了一种近地高度风速测量装置，其中包括如下结构：

多个测风气球及与每个所述测风气球对应的LED灯带及其电池、绳子、倾角传感器及其电池、固定装置；其中，

每个所述测风气球、LED灯带及其电池、倾角传感器及其电池固定于独立对应的绳子一端，所述绳子的另一端固定于独立对应的固定装置上。

优选的，所述测风气球为充满氦气的乳胶气球。