隨著氣象測量傳感器、無人機制造、飛行控制及數據處理等技術的發展,無人機氣象探測技術得到長足的發展,逐漸成熟并走向應用。這種大區域、長時間、連續氣象探測方法在航天器發射與返回、重要武器試驗、戰場氣象測量、惡劣天氣監測、龍卷風近距環境探測監視等應用中具有獨特的作用和優勢。

近日從海南登陸的木恩臺風,成為2019年首個登陸我國的臺風。它的到來也意味著我國今年的臺風季正式開啟。對此,一款全新探測系統正蓄勢待發。中國航天科工二院23所自主研發的國內首個無人機機載下投探空系統,正在中國氣象局氣象探測中心進行飛行前的載荷驗收工作。該設備可用于超遠距離風場數據探測,未來一兩個月內,它將正式投入應用。

無人機下投探空系統是飛機氣象探測的重要、基礎載荷。據介紹,該系統主要用于探測大氣的溫度、濕度、風速、風向等氣象要素,設計復雜。相比有球探空類,它更有指向性和靶向性;相比火箭探空類,它的應用范圍更廣、區域更大。

據了解,飛機機載下投探測系統包括下投式探空儀、釋放機構、機載信號轉發裝置和地面接收裝置。下投探空儀,即由飛機投下的探空儀,其在下落過程中完成各高度上的氣象參數測量。下投探空儀包括溫度、氣壓、濕度傳感器、定位測風模塊、處理單元、發射機、電源及降落傘。

其中,溫度、氣壓、濕度傳感器都需要選擇時間常數小、系統誤差小、穩定可靠的傳感器。氣壓和濕度傳感器要求其溫度系數要小。早期的定位測風模塊采用地面導航系統定位測風,當GPS衛星導航定位系統出現后,采用GPS接收處理模塊代替了地面定位模塊,定位測風模塊用于獲得探空儀的位置數據和移動速度數據。處理單元則負責采集傳感器的輸出量,再轉換成相應溫壓濕數據,并將溫壓濕數據與GPS數據打包,由發射機發送出去。

23所研發的無人機機載下投探空系統,具有精度高、體積小、重量輕,以及機載探空系統與投放系統一體化,工作全自動等特點。只要有數據線與電源線,設備可以任意掛在機翼、機腹或機艙。同時其帶有全自動溫控系統,能在70℃至-90℃溫度范圍內穩定工作。

據悉,這套探空系統于2018年5月順利完成中國氣象局氣象探測中心海洋氣象探測一期工程的試驗。探空儀在高空投放后,將氣象要素值成功傳至地面監控室,填補了國內利用大型無人機開展氣象探測的空白。在近日開展的無人機下投試驗中,飛機從安徽淮北起飛,數據在廣西桂林接收,系統表現穩定。

未來,該系統可在氣象應急、災害監測、生態監測等方面應用。