吊舱式下投探空仪功能规格需求书.docx

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1、吊舱式下投探空仪功能规格需求书中国气象局综合观测司2023年3月编写说明吊舱式下投探空仪功能规格需求书由中国气象局综合观测司提出，中国气象局气象探测中心组织编写。本功能规格需求书针对机载、艇载空基气象观测，建立综合应用下投高空气象探测体制，规定了吊舱式下投探空仪的总体要求、结构与组成、基本功能、技术性能，适用于吊舱式下投探空仪的设计、生产和产品检验。编写说明i1前言12术语及定义13原理与组成24功能35测量性能56可靠性指标87环境适应性指标98电磁兼容99安全要求10IO外观及结构1011材料与表面处理1012包装、运输和标识10附录A（规范性附录）探空仪数据格式12参考文献201.1 目

2、的探空仪是获取三维大气气温、湿度、气压、风最常规探测仪器，吊舱式下投式探空仪由飞机或飞艇携带至目标区域上空，由吊舱控制下投式探空仪的投放并完成数据接收，下投式探空仪在降落伞控制下由上至下完成大气廓线的探测，特别适用于对海洋、荒岛、高原等人迹罕至的区域进行探测，也适用于对特定大气过程如热带气旋等天气现象的精准、快速探测，对天气预报、气候研究、人工影响天气、灾害天气的预报预警等具有重要的应用价值。吊舱式下投探空仪功能规格需求书（以下简称需求书），依据中国气象科技发展规划（20192035年）和国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025年）相关需求，参考国内外吊舱式下投探空仪气象观测技术

3、发展和相关规范而制定的。1.2 适用范围本需求书适用于机载或艇载吊舱式下投探空仪。1.3 编写依据卫星导航探空仪功能规格需求书，气测函（2020）105号QX/T467-2018微型下投式探空仪技术要求2术语及定义下列术语和定义适用于本需求书。2.1全球导航卫星系统（GNSS）GlobalNavigationSatelliteSystem采用全球卫星无线电定位技术确定时间和目标空间位置的系统，目前全球导航卫星系统包括中国的北斗卫星导航系统（BDS）.美国的全球定位系统（GPS）.俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）和欧盟的伽利略卫星导航系统（GaIiIeO）共四大系统。2.2下投式探

4、空仪Dropsonde从空中飞行平台投下，由响应风场变化的降落伞携带，在下降过程中连续测量温度、湿度、气压风场等气象要素的仪器。3.1 概述吊舱式下投探空仪指依托无人机、飞艇等空基平台作为运载平台，采用北斗和GPS双模卫星导航定位系统进行自上而下的大气温度、湿度、气压和风向风速测量的探空仪，吊舱式下投探空仪采用基带射频SoC一体化设计导航定位技术，可以提供卫星导航信息和状态信息，采用GFSK无线调频通信方式通过P波段频段将采集的数据实时发送至空基平台接收处理系统。3.2 分类为满足不同高度的下投方式，本需求书提出高速型以及低速型两型探空仪。而速型探空仪适配于高空无人机等高速空基运载平台，低速型

5、探空仪适配于飞艇等低速空基运载平台。3.3 组成吊舱式下投探空仪由卫星导航及数据处理模块、温度、湿度、气压测量元件及转换电路、射频芯片及功率放大电路、电池、降落伞及开伞装置、近程通信芯片、外壳等组成，其中，卫星导航及数据处理模块由导航定位芯片及其外围辅助电路组成。图1吊舱式下投探空仪原理图4.1 测量要素4.1.1 温度和湿度测量温度和湿度测量元件安装在吊舱式下投探空仪的同一端，温度、湿度测量元件的测量数据通过温度和湿度测量电路及卫星导航及数据处理模块转换为数字信号送至射频芯片。4.1.2 气压测量采用外接气压传感器和卫星定位测量高度反算气压，同步从空基平台下投点位至地面进行探测。4.1.3

6、风及空间位置的测量1.1.1.1 舱式下投探空仪由卫星导航及数据处理模块接收和处理北斗及GPS卫星导航定位信号，至少具有同时接收和处理12颗北斗卫星和12颗GPS卫星信号的能力，并能输出规定参数，以便进行卫星位置显示。1.1.1.2 卫星导航及数据处理模块应具有根据卫星信号质量优选出四颗以上的用于对探空仪定位的卫星的能力，并能将被选卫星设置标志。1.1.1.3 由装载在空基平台的吊舱式下投探空仪上的卫星导航及数据处理模块接收和处理卫星时间信息、卫星位置信息和卫星信号状态信息等，实时确定探空仪下落轨迹的三维坐标和三维速度，相关信息通过信号调理电路对外发射，空基平台信号接收和处理设备接收解调后，得

7、到风信息。4.2 初始化和参数设置初始化保存探空仪频点、传输速率、发射功率、工作模式、卫星星历导入： 具备探空仪频点设置功能； 具备探空仪传输速率设置功能； 具备探空仪发射功率设置功能； 具备探空仪工作模式设置功能； 具备星历导入功能。4.3 数据采集具备温度、湿度、气压、风向和风速数据采集能力。温湿压采集频率1Hz,风采集频率IHZ或温湿压采集频率2Hz,风采集频率5Hzo4.4 数据处理4.4.1 具备将测量要素原始值转换为测量要素值的处理能力。4.4.2 应具备电池电压、盒内温度、卫星定位准确度因子、卫星颗数等监测信息的采集功能，并通过无线方式对外发送的功能。4.5 数据存储具备探空仪校

8、准参数信息的存储功能，并能够在基测时输出校准参数。4.6 数据传输4.6.1 发射机将经过调制的载波信号通过功率放大器放大，经发射天线向空基平台接收机发送。4.6.2 探空仪与地面基测设备或者下投探空接收机可以通过近程无线方式进行参数传输、参数设置等交互，同时具备备用有线连接方式。4.6.3 数据近程双向通信方式，符合标准IEEE802.15.lo4.7 激活功能探空仪投放前为待机状态，传输至投放位可通过接收机使其激活。4.8 状态监控探空仪具备相关状态信息的监控，包括：探空仪卫星定位准确度因子、探空仪卫星颗数状态、探空仪电池电压状态、探空仪盒内温度状态、探空仪下降速度是否正常状态。状态监控信

9、息参见技术指标要求。4.9 远程配置探空仪可以通过基测箱、下投探空接收机进行近程无线方式连接（蓝牙4.0）,操作人员可以在空基平台的地面站对空中探空仪进行远程参数配置,实现空基平台地面控制端对空中探空仪进行简单操作，如重启探空仪，探空仪关电、上电等。4.10 校准或定标探空仪可以通过基测箱进行固定点校验。4.11 控制指令及数据格式探空仪控制指令和数据传输协议见附录A。4.12 基测功能4.12.1 装机前，应通过探空仪基测箱对探空仪进行传感器准确性、电池电压、近程通信、激活、定位等功能检测，以确定探空仪传感器、电池电压等是否正常，在装机前剔除故障探空仪。4.12.2 在下投探空系统舱内预备投

10、放位置附近安装温度、湿度、气压标准测量仪器，在探空仪投放前与探空仪的传感器测量值进行比对，以确定探空仪传感器状态是否正常。检测探空仪激活、定位是否正常,如不正常，应可通过地面控制端远程配置进行处理，如将问题探空仪断电或标记故障位后直接投出，不占用通信信道。5测量性能5.1 工作频段通信频段为P波段（400.15MHz-406MHz）。5.2 探测范围探测高度：020km（高速型），025km（低速型）。探测距离：探测范围213Oknl5.3 静态测量性能表1静态测量性能定位时间指标冷启动定位时间2min热启动定位时间10s.重新获捕时间2s数据更新周期温湿压1Hz,风1Hz,或温湿压2Hz,风

11、5Hz观测要素测量范围.最大允许误差气温-90匕+60aC.+0.2X2(-90C+60C)相对湿度0-100%3%(0-100%)气压（高速型）1060hPa-100hPa(气压传感器)106OhPa50hPa(高度反算)1.3hPa(106OhPaIoOhPa)：0.7hPa(IoohPa50hPa)气压（低速型）1060hPa-100hPa（气压传感器）1.3hPa(106OhPaIoohPa)；0.7hPa(100hPaIOhPa)1060hPa-IOhPa（高度反算）探空仪定位准确度地（海）面20km（高速）,地（海）面25km（低速）.水平最大允许误差：8mo垂直最大允许误差：15

12、m基测测试温度最大允许误差03,湿度最大允许误差：5%气压最大允许误差L5hPa。5.4 动态测量性能表2动态测量性能动态测量性能测量范围一致性温度016km16kmW0.5C湿度-40,C-40C-60C5%10%气压（高速型）100hPa10050hPa1.3hPa0.7hPa气压（低速型）100hPa100-IOhPa1.3hPa0.7hPa动态测量性能测量高度范围测量范围一致性风向020km（高速型）.025km（低速型）.036010o（风速3ms）风速020km（高速型）.025km（低速型）.0150ms（测量值可大于150ms）lms风矢量速度0-20km（高速型）025km（

13、低速型）水平分量（南北和东西）lms5.5 信号编码及调试发射性能表3信号编码及调试发射性能项目指标校验码采用CRC-CClTT16位校验码发射频率连续可调，可无线设置探空仪频率平均发射功率不大于20OmW,并可根据用户需求增加发射功率调制方式GFSK发射谱宽50kHz(-50dBc)载波频率温度稔定性探空仪未加保温状态下在温度-40C+50C变化条件下，中心频率允许偏移W4kHz传输速率默认2400bps,可设置为4800bps、9600bps5.6 近程无线通信性能采用蓝牙点对点通信，蓝牙采用主从模式，接收机为主，探空仪为从，蓝牙模块版本为BLE4.0。指令表见A.1。5.7 供电采用干电

14、池供电，富速型要求放电持续时间不小于60min,待机时间不小于24h。低速型要求放电持续时间不小于12Onlin,待机时间不小于48h。5.8 采样时间准确度保留两位小数，单位“s”。5.9 体积和重量（低速型仅考虑体积和重量）表4体积重量相关指标项目指标重量（含电池包装状态）500g体积直径W65mm,公差0.5mm,长度W349mm,公差TnIm外表面粗糙度Ra6.3重心不大于IdOnun（以伞盖为零点）转动惯量-惯性矩0=3253-4531kgm2,0=198276kgm2,=32384511kgm转动惯量-惯性积0=-1.15.4kgm2,O=-3.8L0kgm2,-0.l0.1kgm2注：X方向为探空仪径向，y方向为探空仪轴向，Z方向为探空仪法向5.10 功耗探空仪整体功耗W3W。5.11 降落伞要求5.11.1 以下为探空仪开伞约束条件： 收到开伞指令； 检测到最近IOs内海拔高度连续下降，且当前高度比收到开伞指令时高度至少低300m； 检测到最近IOs内气压连续增加，且当前气压比收到开伞指令时的气压值至少高12hPa4同时满足以上三点条件方可开伞，开伞成功率不小于95%。5.11