[发明专利]一种大气剖面温湿压参数采集系统

说明书

技术领域

本发明涉及海上大气波导监测技术领域,具体涉及一种大气剖面参数 采集系统，用于测量低空海面同一经纬度不同高度处的大气温度、湿度、 气压。

背景技术

海上大气波导监测与应用是提升海洋安全保护能力的重要保障之一。 直接探测、间接探测和遥感探测是大气波导测量的三种方法。微波折射率 仪是一种直接测量大气折射率的设备。自1968年Bean和Dutton提出大气 折射指数与水气压、气温和气压的关系后，大气折射指数也可通过测量气 象参数来间接得到。间接探测主要有低空系留气球探测、气象梯度塔探测、 下投式探空仪和气球探空仪。遥感探测主要有GPS探测、海杂波反演、激 光雷达探测等。

我国海域面积辽阔，目前近岸蒸发波导业务化应用监测手段只有铁塔 观测站，大气波导监测手段单一，海上少量应用了大气波导梯度观测系统， 缺乏大气波导(包括蒸发波导、表面波导、抬升波导)快速和机动获取手 段；大气波导监测能力也较薄弱，表现在站点稀少，信息的传输共享和信 息汇集能力不足，急需设计出一款能实时获取海域上方同一经纬度的梯度 气象参数系统。从而更准确有效地预测大气波导发生时间及区域。

本发明申请人早期发表的文章“基于Zigbee技术的大气温湿数据采集 系统设计与实现”建立了一个由若干节点组成的星型无线传感网络。各终 端器利用温湿度传感器DHT11采集温度、湿度数据，并通过网络汇聚到协 调器。实现了基于ZigBee网络的温度、湿度参数采集及通信。该文章公布 的技术方案只是从理论上提出了一种技术思路，具体的技术手段没有明确 或存在缺陷，离工程应用还存在很长的一段距离。譬如，该方案中各节点 直接与协调器组网通信，通信距离短，测量高度受限；在不同的大气温湿 压变化范围，同一传感器的测量结果波动性很大，如何克服波动尚待解决； 采集节点与协调器之间组网通信，采集节点依次拴接在系留气球的垂绳上， 气球携带采集单元数目多，要求采集单元轻便，在大气气象采集这一领域 中，需要使用360度全方位通信天线，且需要实现低功耗要求，需要每个 采集单元实现小型化要求等等。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种大气剖面参 数采集系统，其目的在于，通过对多个节点分组并以组为单位与协调器组 网通信，延展了测量高度；通过传感器精度设计，克服了由于大气温湿压 变化引起的测量波动；实时性好，稳定性高，信息汇集能力强，有利于更 准确有效地预测大气波导发生时间及区域。

为实现上述目的，本发明提供了一种大气剖面参数采集系统，包括系 留气球、协调器、接收终端和至少一组采集单元；

系留气球的系留绳上按高度依次拴接有至少一组采集单元；采集单元 包括一个路由器和按高度依次拴接的多个采集节点，采集节点用于采集其 所在高度的大气剖面温度、湿度和气压三种气象参数，路由器用于收集其 所在单元的所有采集节点采集的气象参数；协调器与各采集单元的路由器 无线组网，协调器用于接收各路由器收集的气象参数，并转发给接收终端；

所述采集节点包括微控制模块和与其集成于一块板子上的的温度传感 器、湿度传感器、气压传感器和天线通信模块；在大气温度变化范围为－ 10℃～+50℃条件下，所述温度传感器的采集精度为±0.2℃；在湿度变化 范围为0～100％条件下，所述湿度传感器的采集精度为±3％；在大气压强变 化范围为990hpa～1100hpa条件下，所述气压传感器的采集精度为±1.5hpa。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发 明通过系留气球作为载体，将多组采集单元带入空中测量不同高度的温度、 湿度和气压参数；各采集单元的路由器与协调器组网，将各采集单元的气 象参数传送给协调器，形成了剖面的关于三个气象参数值的梯度分布值， 最后统一发送到接收终端，实时性好，采集点位置可根据测量高度相应拓 展，信息汇集能力强。本发明还对气象参数采集精度进行了设计，有利于 更准确有效地预测大气波导发生时间及区域。

附图说明

图1是本发明系统结构图；

图2是本发明天线结构图；

图3是本发明实例结果对比曲线图，其中，图3(a)是温度对比曲线 图，图3(b)是湿度对比曲线图，图3(c)是气压对比曲线图；