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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

高空气象观测是综合气象观测系统的重要组成部分，对天气预报、气候变化等业务科研具有重要的作用。高空气象探测通常是指对大气中各个高度的温度、气压、相对湿度、风速、风向探测。目前气象常规探测中，大量使用的是无线电探空仪探测法。无线电探空仪是一种遥测仪器，它可以将感应的气象要素转化为无线信号，不断地向地面发送。地面上的接收设备同时接收和处理探空信号，即可迅速获得探测结果。与其他探测手段先比。它的费用较低，探测精度较高，探测工作几乎不受天气的条件限制，配合定位或测速设备（如经纬仪、雷达、gps、bds等）跟踪，可以获得空中各个高度的气象要素数据，在极地、海洋和沙漠地区都可采用。

目前，导航型探空仪成为高空探测业务的主流产品，但主流产品都是主流产品是大多是基于gps技术，如美国ari公司产品navairgps-700system高空气象探测系统，芬兰vaisala公司产品rd82-41g、rs-92等。但中国导航型的探空仪研制起步较晚，使得中国高空探测技术落后于世界先进水平，探空仪主要依靠进口，不仅价格高昂，而且气象数据，尤其是军用气象数据关乎国家安全。因此推进探空仪国产化是国家气象业务发展的迫切需要。北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位于通信系统（cnss），是继美国gps和俄罗斯的glonass之后第3个卫星导航系统。北斗卫星导航系统将在2020年形成全球覆盖能力，中国迎来了发展导航型探空仪的最佳时期，本文所设计的北斗探空仪便是在这样的背景下研制。

本作品对航空安全也有重要意义，随着社会的进步和经济发展，飞行航线越来越密集。同时，气象保障日益重要，高空气象探测除了每天定时施放探空气球进行观测外，还经常因突发事件接受应急服务、科研任务等进行加密观测，增加了每天施放探空气球的次数和不确定性。这就造成了民航安全于高空气象探测矛盾。气象高空观测每天施放的探空气球及探空仪与飞机在高空相遇的几率大为提高，因此增加了航线飞行器的危险性或是减少了空域的利用率，由此造成了民航安全于高空气象探测的矛盾。利用北斗探空仪能够及时将探空气球的空间位置信息传给航空管制部门参考，以避免探空气球在穿过航线上时给航空安全造成影响。

2. 研究的基本内容

北斗高空气象探测系统是bds（北斗导航定位系统）在高空气象探测中的应用，它的基本工作原理是：有探空气球携带含有北斗导航定位模块的无线电探空仪升空，探空仪的传感器感应空中各个高度上温、压、湿气象要素的变化。由北斗导航定位模块测定个时刻探空仪在空中的位置（或速度）信息，发信装置将温、压、湿和定位（或速度）情况以无线电的形式发至地面；地面上的接收装置将接收到的信号收录、解调、转换、处理后即可得到各高度上温、压、湿、风的信息。北斗高空气象探测系统主要由北斗探空仪、地面数据接收及处理系统，显示终端等部分组成。

本文研究的重点是探空仪的设计，北斗探空仪由北斗导航定位模块、传感器模块、数据处理模块、数据无线传输模块组成。

主控芯片采用ti公司生产的低功耗单片机msp430f169；北斗和gps信号接收模块采用u-blox公司产品neo-m8，该产品能够同时接收北斗和gps信号；温湿度传感器采用dht11,辅以ds18b20以扩大温度测量范围及温度校准，气压传感器采用gy-68 bmp180测气压模块；数据转换模块采用msp430单片机的12位精度的a/d转换模块adc12模块；无线通信模块暂定采用基于sx1278芯片的无线串口传输模块，可以实现8000米以内的数据传输；显示模块采用tft彩屏显示。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

（1）2018.01—2018.03:查阅资料、学习和研究相关知识，确定方案、购买所需模块；

（2）2018.03—2018.04:方案论证，完成各个功能模块的开发和程序编写；

（3）2018.04—2018.05:系统集成、完善功能、性能优化，撰写毕业论文。

4. 参考文献

[1] 吴维,高太长等.卫星导航定位系统在高空探空测风上的应用.气象水文海洋仪器.2009,3:no.1

[2] 张恩红，曹云昌，朱彬.北斗探空系统研发级测风性能初步分析.应用气象学报.2013,8:4-24

[3] 杨小民,彭勃,杨忠全.探空气球空间位置监测于航空安全应用.气象与减灾研究，2011(34):01-34