Спосіб аерологічного зондування атмосфери і пристрій для його здійснення

Винахід відноситься до галузі метеорології і може бути використаний, зокрема, при створенні аерологічних радіозондів, що вимірюють профіль метеовеличин в атмосфері. 1. Відомий спосіб, що називається "СПОСІБ АЕРОЛОГІЧНОГО ЗОНДУВАННЯ АТМОСФЕРИ І ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ" [див. патент РФ 93026900 кл. 6G01W1/08 від 1995.12.27]. Технічний результат полягає в тому, що при аерологічному зондуванні атмосфери здійснюється одночасна передача метеоданих і супутникових навігаційних сигналів для одержання з високою точністю метеоінформації, а також географічних координат і висоти радіозонда. Спосіб передбачає перетворення сигналів метеодатчиків у модульований сигнал опорного генератора, після чого цифрові сигнали навігаційної системи переносяться на частоту передавача радіозонда шляхом змішання сигналу опорного генератора з цифровими навігаційними сигналами. Основним недоліком цього способу є те, що радіозонд має спеціалізований радіопередавач, що вимагає для роботи наявності в місці запуску радіозонда спеціалізованого наземного радіоприймача. Радіопередавач і радіоприймач працюють у межах прямої видимості, що утрудняє запуск радіозондів у гористій місцевості, у морі і в місцях, де відсутні наземні аерологічні станції. Застосування складної системи кодування метеоінформації і просторових координат вимагає наявності складного спеціалізованого наземного пункту обробки інформації. 2. Відомий пристрій, що називається "АЭРОЛОГИЧЕСКИЙ РАДИОЗОНД" [див. патент РФ 2038619 кл. 6G01W1/08 від 1995.06.27]. Винахід відноситься до метеорології і може бути використаний при створенні радіозондів, що вимірюють профіль метеовеличини в атмосфері. Аерологічний радіозонд містить вимірювальний ланцюг, до складу якого входять резистивний датчик метеовеличини, зразкові резистори, двохпозиційний перемикач і операційний підсилювач. Радіозонд містить також підсумовуючий підсилювач, виконаний на основі операційного підсилювача, блок керування канальними інтервалами часу, резистивний суматор, інтегратор, компаратор, логічні елементи і радіопередавач. Пристрій здійснює вимір метеовеличин так само, як і пристрій, що заявляється. Основним недоліком "АЕРОЛОГІЧНОГО РАДІОЗОНДА" є те, що для визначення координат місця положення радіозонда необхідний метеолокатор. Іншим недоліком є те, що радіозонд має спеціалізований радіопередавач, що вимагає для роботи наявності в місці запуску радіозонда спеціалізованого наземного радіоприймача. Радіопередавач і радіоприймач працюють у межах прямої видимості, що утрудняє запуск радіозондів у гористій місцевості, у морі і в місцях, де відсутні наземні аерологічні станції. 3. Відомий пристрій, що називається "АЭРОЛОГИЧЕСКИЙ РАДИОЗОНД" [див. патент РФ 2162238 кл. 6G01W1/08 від 2001.01.20]. Використання: у метеорологічних радіозондах для виміру вертикального профілю метеовеличин температури і тиску в атмосфері. Сутність: аерологічний радіозонд містить перший і другий вимірювальні резистивні датчики температури, вимірювальний мостовий тензодатчик тиску, трьохвходовий сумуючий підсилювач, компаратор, двохвходовий сумуючий підсилювач, інвертор на логічному елементі НЕ, перший і другий опорні датчики на логічних елементах 2И-НЕ, схему керування радіозондом і прийомопередавач, вихід якого є виходом аерологічного зонда. Технічний результат підвищення точності виміру метеовеличин. Пристрій здійснює вимір метеовеличин так само, як і пристрій, що заявляється. Основним недоліком "АЕРОЛОГІЧНОГО РАДІОЗОНДА" є те, що для визначення координат місця положення радіозонда необхідний метеолокатор. Іншим недоліком є те, що радіозонд має спеціалізований радіопередавач, що вимагає для роботи наявності в місці запуску радіозонда спеціалізованого наземного радіоприймача. Радіопередавач і радіоприймач працюють у межах прямої видимості, що утрудняє запуск радіозондів у гористій місцевості, у морі і в місцях, де відсутні наземні аерологічні станції. 4. Відома система, що називається "СИСТЕМА РАДИОЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ" [див. патент РФ 93057438 кл. 6G01W1/08 від 1996.09.10]. Система радіозондування атмосфери, що містить радіозонд, який має: опорний генератор частоти, приймальну антену сигналів супутникової навігаційної системи, пристрої для перетворення сигналів супутників і передачі цих сигналів, - і наземний пункт обробки метеоінформації, що містить прийомну антену для прийому сигналів від радіозонда, навігаційну апаратуру споживачів супутникової системи й обчислювальний комплекс, що відрізняється тим, що в апаратурі радіозонда ретрансляція сигналів супутників виробляється шляхом переносу спектра навігаційних супутникових сигналів на несучу частоту передавача радіозонда разом з формованим в апаратурі радіозонда опорним пілотом-сигналом, модульованим метеоданими. Наземний приймальний пункт додатково має пристрій перетворення ретрансльованих і опорного сигналів у діапазон навігаційних сигналів супутників, включений між прийомною антеною і навігаційною апаратурою, яка по обмірюваним даним часу поширення сигналів від супутників до радіозонда і з урахуванням виміру доплеровських частот сигналів робить обчислення просторових координат і складових вектора швидкості радіозонда, які надходять в обчислювальний комплекс, де вони обробляються разом з виділеними з пілота-сигналу даними метеоінформації для визначення складових швидкості вітру і формування висотних і просторових профілів розподілу параметрів атмосфери. Основним недоліком цієї системи є те, що радіозонд має спеціалізований радіопередавач, що вимагає для роботи наявності в місці запуску радіозонда спеціалізованого наземного радіоприймача. Радіопередавач і радіоприймач працюють у межах прямої видимості, що утрудняє запуск радіозондів у гористій місцевості, у морі і в місцях, де відсутні наземні аерологічні станції. Застосування складної системи обчислення просторових координат вимагає наявності складного спеціалізованого наземного пункту обробки інформації. 5. Відомий судновий комплекс ASAP виробництва фірми Vaisala (Фінляндія) для Автоматичної суднової аерологічної програми (АСАП) [див.. Зайцева H.A. Аэрология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. Стр.205]. Основним недоліком цих пристроїв є те, що радіозонд має спеціалізований радіопередавач, що вимагає для роботи наявності в місці запуску радіозонда спеціалізованого наземного радіоприймача. Радіопередавач і радіоприймач працюють у межах прямої видимості, що ускладнює запуск радіозондів у гористій місцевості, у морі і в місцях, де відсутні наземні аерологічні станції. Застосування складної системи кодування просторових координат вимагає наявності складного спеціалізованого наземного пункту обробки інформації. Задачею винаходу є зміна конструкції відомого пристрою (радіозонда), яка дозволила б спростити спеціалізоване наземне устаткування прийому інформації, а також цілком автоматизувати процес передачі, прийому й обробки метеорологічної інформації в рамках усієї метеослужби. Для цієї мети в радіозонд, крім метеоблока з набором метеодатчиків, вбудовані датчик GPS (Global Position System чи Глобальна система позиціювання), мікро-ЕОМ, що є блоком формування інформаційних посилок, і радіопередавач GMPCS (Global Mobil Personal Communications by Satellite чи Глобальна супутникова система персонального мобільного зв'язку). При такій конструкції радіозонда він перетворюється в автономний пристрій, що здатний без усякого спеціалізованого наземного устаткування здійснювати передачу метеорологічної інформації безпосередньо з радіозонда у вигляді інформаційних посилок по каналах GMPCS зв'язку в будьяку точку чи декілька точок Землі без обмеження дальності передачі. Це дозволяє створити універсальну автоматичну систему аерологічного зондування атмосфери, що не буде залежати від спеціалізованих наземних станцій прийому інформації, як це має місце в пристроях-аналогах. Таким чином, після запуску радіозонд працює як автономний пристрій, який за допомогою метеоблока вимірює метеорологічні величини, за допомогою GPS-датчика визначає просторові координати і швидкість повітряних потоків в атмосфері, а за допомогою GMPCS-радіопередавача передає у вигляді цифрових інформаційних посилок інформацію в пункти збору метеорологічної інформації. Інформація передається в тому вигляді й у такому форматі, що дозволяє вводити її прямо в комп'ютер для подальшої обробки. На Фіг.1 зображена система аерологічного зондування атмосфери. На Фіг.2 зображена блок-схема пристрою для аерологічного зондування атмосфери (радіозонда). Спосіб аерологічного зондування атмосфери, який полягає у вимірі параметрів атмосфери за допомогою датчиків радіозонда, вимірі навігаційних координат радіозонда за допомогою датчика Глобальної супутникової навігаційної системи (GPS), який відрізняється тим, що передача інформації про параметри атмосфери, отримані радіозондом, виконується за допомогою радіопередавача Глобальної супутникової системи персонального мобільного зв'язку (GMPCS). Система аерологічного зондування атмосфери, яка реалізує спосіб, що заявляється, показана на Фіг.1 і складається із супутника GMPCS I (Global Mobil Personal Communications by Satellite чи Глобальна супутникова система персонального мобільного зв'язку), каналу зв'язку " радіозонд-супутник" 2, каналу зв'язку "супутник-наземна базова станція" 3, антени GMPCS-радіопередавача радіозонда 4, радіозонда 5, GMPCS наземної базової станції 6, наземних каналів зв'язку 7 і центрів збору метеорологічної інформації 8. Радіозонд 5, що працює в системі аерологічного зондування атмосфери (Фіг.1), вимірює профіль метеовеличин в атмосфері і передає цифрову інформаційну посилку з використанням ненаправленої антени GMPCS-радіопередавача радіозонда 4 по каналу зв'язку " радіозонд-супутник" 2 на супутник GMPCS 1. Ця інформаційна посилка має стандартний формат GMPCS, у якому зазначена адреса одного чи декількох одержувачів інформації, ними є центри збору метеорологічної інформації 8. Із супутника GMPCS 1 інформаційна посилка передається по каналу зв'язку "супутник-наземна базова станція" 3, де перетворюється і передається по наземних каналах зв'язку 7 у центри збору метеорологічної інформації 8. З опису роботи системи аерологічного зондування атмосфери видно, що в її побудові використовуються стандартні пристрої, і при передачі інформації використовуються стандартні формати інформаційних посилок (наприклад, Internet), що звільняє систему від необхідності наявності спеціалізованого наземного устаткування в місці запуску радіозонда. Пристрій для аерологічного зондування атмосфери (радіозонд), який містить блок метеодатчиків, аналоговий комутатор, аналогово-цифровий перетворювач, GPS-датчик, антену GPS-датчика, мікро-ЕОМ, що відрізняється тим, що він додатково містить GMPCS-радіопередавач і антену GMPCS-радіопередавача, причому виходи блоку метеодатчиков з'єднані з аналоговими входами аналогового комутатора, аналоговий вихід якого з'єднаний з аналоговим входом аналогово-цифрового перетворювача, цифровий вихід якого з'єднаний з інформаційним входом мікро-ЕОМ, інформаційний вихід якої з'єднаний із входом GMPCSрадіопередавача, вихід якого з'єднаний з антеною GMPCS-радіопередавача, антена GPS-датчика з'єднана з входом GPS-датчика, що з'єднаний з інформаційним входом мікро-ЕОМ, інформаційний вихід якої з'єднаний з керуючим входом аналогового комутатора. Пристрій для аерологічного зондування атмосфери (радіозонд), показаний на Фіг.2, містить блок метеодатчиків 9, аналоговий комутатор 10, аналогово-цифровий перетворювач 11, мікро-ЕОМ 12, GMPCSрадіопередавач 13, антену GMPCS-радіопередавача 14, антену GPS-датчика 15 і GPS-датчик 16. Виходи датчиків, що входять у блок метеодатчиків 9, з'єднані з аналоговими входами аналогового комутатора 10, аналоговий вихід якого з'єднаний з аналоговим входом аналогово-цифрового перетворювача 11. Цифровий вихід аналогово-цифрового перетворювача 11 з'єднаний з інформаційним входом мікро-ЕОМ 12. Інформаційний вихід мікро-ЕОМ 12 з'єднаний з керуючим входом аналогового комутатора 11. Антена GPS-датчика 15 з'єднана з входом GPS-датчика 16, вихід якого з'єднаний з інформаційним входом мікро-ЕОМ 12. Інформаційний вихід мікро-ЕОМ 12 з'єднаний із входом GMPCSрадіопередавача 13, вихід якого з'єднаний з антеною GMPCS-радіопередавача 14. Розглянемо роботу радіозонда. До складу блоку метеодатчиків 10 можуть входити як датчики стандартних метеовимірювань: датчик температури, датчик вологості, датчик тиску, - так і датчики спеціалізованих метеовимірювань: датчики випромінювань, датчики концентрації озону в атмосфері і так далі. Мікро-ЕОМ 12 подає сигнали на керуючий вхід аналогового комутатора 10, що робить послідовне підключення виходів датчиків, що входять у блок метеодатчиків 9, до входу аналогово-цифрового перетворювача 11. Аналогово-цифровий перетворювач 11 робить перетворення сигналів від метеодатчиків у цифрову форму і передає ці показання у мікро-ЕОМ 12. GPS-датчик 16 через антену GPS-датчика 15 отримує сигнали з супутників системи GPS, обчислює просторові координати місцезнаходження радіозонда і передає їх у мікро-ЕОМ 12, яка формує інформаційну посилку, у якій вказується адреса одержувача інформації і покази всіх метеодатчиків, що входять у блок метеодатчиків 9 і GPS-датчика 16. Потім мікроЕОМ 12 пересилає сформовану інформаційну посилку в GMPCS-радіопередавач 13, що через антену GMPCS-радіопередавача 14 передає цю інформаційну посилку на супутник GMPCS. Інформаційна посилка по каналах GMPCS зв'язку пересилається в пункти збору метеорологічної інформації, у якій відбувається обробка інформації, отриманої від радіозонда. За такою схемою можуть створюватися аерологічні, гідрологічні радіозонди і радіозонди для наземного застосування, що можуть працювати як автоматичні наземні метеостанції. У цьому випадку може бути створена глобальна автоматична система збору метеорологічної інформації.