本發(fā)明涉及雷達(dá)探測系統(tǒng)，尤其涉及的是一種探空儀。

背景技術(shù)：
氣象雷達(dá)探測系統(tǒng)使用數(shù)字探空儀作為高空氣象探測器材，實(shí)時探測地面至空中30公里范圍內(nèi)的大氣溫度、相對濕度、氣壓、風(fēng)向和風(fēng)速。探測過程與操作流程復(fù)雜，氣象站培養(yǎng)一名技能熟練操作手需要較長的訓(xùn)練周期，施放較多探空儀組織培訓(xùn)。經(jīng)過普遍調(diào)研，使用單位一致反映直接使用實(shí)裝探空儀進(jìn)行日常高空氣象探測訓(xùn)練，存在著訓(xùn)練成本高，浪費(fèi)訓(xùn)練資源和訓(xùn)練效益不高等問題：實(shí)裝探空儀是一次性使用的高空氣象探測器材。每個售價在一千元左右，同時該設(shè)備屬于精密儀器，掉地后不能再次使用。相關(guān)單位反映，如果需要頻繁進(jìn)行日常氣象探測，僅探空儀一項(xiàng)，每年就需要大量經(jīng)費(fèi)支持，嚴(yán)重浪費(fèi)物力、財(cái)力。由于探測成本高，使用經(jīng)費(fèi)難以支撐，購買探空儀數(shù)量有限，極大地限制了高空氣象日常探測頻次，嚴(yán)重影響探測人員訓(xùn)練效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供了一種探測成本低，不受購買數(shù)量限制，能夠很好的達(dá)到探測人員訓(xùn)練效果的模擬探空儀。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：一種模擬探空儀，包括高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊、接口電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、無線電數(shù)據(jù)發(fā)射模塊、給無線電數(shù)據(jù)發(fā)射模塊供電的探空儀電池，高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊、接口電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、無線電數(shù)據(jù)發(fā)射模塊依次相連；其中，高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊由一階RC響應(yīng)電路、模擬函數(shù)乘法器組成，A/D轉(zhuǎn)換模塊由A/D轉(zhuǎn)換器、微控制器組成，所述模擬函數(shù)乘法器根據(jù)傳感器的數(shù)量選擇，模擬函數(shù)乘法器連接到一階RC響應(yīng)電路，每個模擬函數(shù)乘法器通過一個采樣/保持電路連接到多路開關(guān)，多路開關(guān)的輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換模塊的A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器連接到微控制器，微控制器輸出高空氣象數(shù)字信號。作為優(yōu)化的技術(shù)方案，采樣/保持電路采用集成芯片LF398，多路開關(guān)選用8通道模擬多路開關(guān)CD4051，A/D轉(zhuǎn)換器采用AD574，微控制器選用普通型單片機(jī)Intel公司的8051。作為優(yōu)化的技術(shù)方案，模擬探空儀的具體工作過程如下：模擬探空儀施放升空的同時，一階RC響應(yīng)電路開始工作，并向模擬函數(shù)乘法器輸出隨模擬探測時間變化的電壓信號，溫、濕、壓模擬函數(shù)乘法器產(chǎn)生與溫、濕、壓傳感器模塊實(shí)際探測時輸出電壓變化規(guī)律相一致的變化電壓，這些變化值通過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化成不同的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，同時將這些“探測”到的氣象信息，調(diào)制到無線電數(shù)據(jù)發(fā)射模塊上，使其產(chǎn)生不同的工作狀態(tài)，向地面雷達(dá)發(fā)射溫、濕、壓無線電二進(jìn)制代碼和測距應(yīng)答脈沖，地面雷達(dá)設(shè)備接收到無線電信號，解調(diào)、還原為“探測”信息，再傳輸給地面氣象數(shù)據(jù)處理設(shè)備，“探測”信號經(jīng)過數(shù)據(jù)計(jì)算處理后，實(shí)時顯示為高空氣象參數(shù)，并可以在氣象數(shù)據(jù)編制模塊中生成氣象數(shù)據(jù)，從而完成地面至空中30公里垂直高度范圍內(nèi)的大氣綜合日常氣象“探測”。作為優(yōu)化的技術(shù)方案，溫、濕、壓模擬函數(shù)乘法器產(chǎn)生與溫、濕、壓傳感器模塊實(shí)際探測時輸出電壓變化規(guī)律相一致的變化電壓，是基于溫、濕、壓探測數(shù)據(jù)簡化數(shù)學(xué)模型，高空氣象探測數(shù)據(jù)簡化數(shù)學(xué)模型的實(shí)質(zhì)，是高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊的輸出電壓隨探測時間變化的函數(shù)。作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述模擬探空儀的探測的范圍為0～30公里，首先將30公里以下的大氣分為對流層和同溫層，根據(jù)氣溫隨高度分布標(biāo)準(zhǔn)定律可計(jì)算出對流層的高度為10.65km，0～30公里的大氣層溫、濕、壓隨高度變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型如下：(1)溫度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型(2)濕度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型(3)氣壓隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型P＝1112.8exp(-0.0469·t)(0min≤t≤85min)(式4.13)輸出電壓隨溫度變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合為：UT＝-0.07T+5(-70℃≤T≤+50℃)(式4.14)輸出電壓隨濕度變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合為：輸出電壓隨氣壓變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合為：UP＝-0.005P+9.5(0hPa≤P≤1060hPa)(式4.16)。作為優(yōu)化的技術(shù)方案，在所述0～30公里溫、濕、壓變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型和溫、濕、壓傳感器模塊測試及其簡化數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立溫、濕、壓高空氣象探測數(shù)據(jù)簡化數(shù)學(xué)模型如下：(1)溫度探測數(shù)據(jù)簡化數(shù)學(xué)模型的分析建立由式4.14溫度傳感器模塊輸出電壓隨溫度變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型和式4.5溫度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可得，溫度傳感器模塊輸出電壓隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型，即溫度探測數(shù)據(jù)的簡化數(shù)學(xué)模型為：(2)濕度探測數(shù)據(jù)簡化數(shù)學(xué)模型的分析建立由式4.15濕度傳感器模塊輸出電壓隨濕度變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型和式4.8濕度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型，可得，濕度傳感器模塊輸出電壓隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型，即濕度探測數(shù)據(jù)的簡化數(shù)學(xué)模型為：(3)氣壓探測數(shù)據(jù)簡化數(shù)學(xué)模型的分析建立由式4.16氣壓傳感器模塊輸出電壓隨氣壓變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型和式4.13氣壓隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型，可得，氣壓傳感器模塊輸出電壓隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型，即氣壓探測數(shù)據(jù)的簡化數(shù)學(xué)模型為：UP＝-5.564[exp(-0.0469·t)]+9.5(0min≤t≤85min)(式4.19)作為優(yōu)化的技術(shù)方案，溫度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型建立過程為：探測資料證明：在對流層中，溫度隨高度的增加而線性下降，氣溫直減率為高度每升高100m，氣溫下降0.65℃；在平流層中，溫度隨高度的變化很小或不變；又由探空氣球的理論升速為：300～400m/min，若取升速為：350m/min，則，探空儀上升到對流層頂10.65公里，大約需要30分鐘，上升到30公里的高空，大約需要85分鐘；因此，根據(jù)式4.2的氣溫標(biāo)準(zhǔn)定律，基于放球時間段測得的溫度隨探測時間的變化數(shù)據(jù)，采用最小二乘法線形擬合如式4.3：式中參數(shù)為：T0n＝15℃G1＝6.328℃·m-1在對流層中，溫度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合如下：T＝-2.2t+19.5(0min≤t≤30min)(式4.3)在平流層中，溫度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合如下：T＝[-70,-50](30min<t≤85min)(式4.4)。作為優(yōu)化的技術(shù)方案，濕度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型建立過程為：探測資料證明：濕度隨高度的分布與氣溫、對流、凝結(jié)、蒸發(fā)、降水等錯綜復(fù)雜的變化有關(guān)，在對流層中，濕度隨高度的變化劇烈，濕度先升高，再降低，變化范圍為20％RH至90％RH；在平流層中，溫度隨高度的變化穩(wěn)定，在20％RH至90％RH范圍內(nèi)，基本保持不變；因此，根據(jù)濕度變化規(guī)律，基于放球時間段測得的溫度隨探測時間的變化數(shù)據(jù)，采用最小二乘法曲線擬合；在對流層中，濕度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合如下：F＝-0.27t2+8.1t+19.4(式4.6)在平流層中，濕度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合如下：F＝[0,20](式4.7)。作為優(yōu)化的技術(shù)方案，氣壓隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型建立過程如下：氣象學(xué)理論和觀測實(shí)踐表明，大氣滿足“大氣垂直平衡”假設(shè)：在任意高度處，任一微小氣團(tuán)在垂直方向上處于動力平衡狀態(tài)；探測資料也證明：氣壓隨高度的增高而降低，符合負(fù)指數(shù)的遞減規(guī)律，越往高空，大氣越稀薄，氣壓隨高度下降得就越慢，在近地面大氣中，高度每升高100米，氣壓約下降12hPa；而到10公里高度附近，每升高100米僅下降4hPa，如在5.5公里高度上，氣壓約降低到地面氣壓的一半，而在11公里高度上，氣壓約降低到地面氣壓的四分之一；因此，根據(jù)式4.12的氣壓標(biāo)準(zhǔn)定律，基于放球時間段測得的濕度隨時間的變化數(shù)據(jù)，采用最小二乘法指數(shù)擬合，0～30公里氣壓隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合如下：P＝1112.8exp(-0.0469·t)(0min≤t≤85min)(式4.13)。本發(fā)明還公開一種使用上述任一項(xiàng)技術(shù)方案所述的模擬探空儀的探空裝置，包括高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊、接口電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、無線電數(shù)據(jù)發(fā)射模塊、給無線電數(shù)據(jù)發(fā)射模塊供電的探空儀電池，高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊、接口電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、無線電數(shù)據(jù)發(fā)射模塊依次相連；其中，高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊由一階RC響應(yīng)電路、模擬函數(shù)乘法器組成，A/D轉(zhuǎn)換模塊由A/D轉(zhuǎn)換器、微控制器組成，所述模擬函數(shù)乘法器根據(jù)傳感器的數(shù)量選擇，模擬函數(shù)乘法器連接到一階RC響應(yīng)電路，每個模擬函數(shù)乘法器通過一個采樣/保持電路連接到多路開關(guān)，多路開關(guān)的輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換模塊的A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器連接到微控制器，微控制器輸出高空氣象數(shù)字信號；該探空裝置還包括地面雷達(dá)接收天線和氣象數(shù)據(jù)處理設(shè)備，地面雷達(dá)接收天線接收到該高空氣象數(shù)字信號后，送到氣象數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行處理。該探空裝置還包括連接到氣象數(shù)據(jù)處理設(shè)備的探空儀數(shù)據(jù)軟盤。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①能夠模擬實(shí)裝探空儀的傳感器模塊產(chǎn)生高空氣象“探測”信息，其變化規(guī)律與高空氣象的變化規(guī)律一致；②能夠?qū)崿F(xiàn)高空氣象“探測”信息的產(chǎn)生，并可以發(fā)送給實(shí)裝地面接收處理設(shè)備，經(jīng)地面氣象數(shù)據(jù)處理設(shè)備處理后，形成氣象數(shù)據(jù)，其形式與基于實(shí)裝探空儀生成氣象數(shù)據(jù)的形式一致；③能夠?qū)崿F(xiàn)探空儀的放球、跟球等操作步驟，實(shí)現(xiàn)探空儀的單體操作使用，其操作過程和探測作業(yè)要領(lǐng)與實(shí)裝一致；④能夠嵌入氣象雷達(dá)探測系統(tǒng)中開展高空氣象日常探測使用。與實(shí)裝探空儀對比，模擬探空儀產(chǎn)生的高空氣象“探測”信息要與實(shí)裝探空儀實(shí)際探測的高空氣象信息變化規(guī)律一致，操作步驟、探測要領(lǐng)、過程要與實(shí)裝一致，產(chǎn)生的氣象數(shù)據(jù)要與實(shí)裝形式一致，要完全能夠替代實(shí)裝探空儀開展日常高空氣象探測。因此，本發(fā)明模擬探空儀探測成本低，不受購買數(shù)量限制，能夠很好的達(dá)到探測人員訓(xùn)練效果。附圖說明圖1是本發(fā)明模擬探空儀的總體設(shè)計(jì)框圖；圖2為高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊及其接口電路模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)框圖；圖3為本發(fā)明中使用的無線電數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的原理框圖；圖4為模擬探空儀的工作原理框圖；圖5A至圖5H為安徽合肥某地0～30公里不同時間測得的溫度、濕度、氣壓隨高度的變化曲線圖：其中圖5A至圖5C是2015年4月14日測得的溫、濕、壓隨高度的變化曲線；圖5D至圖5F是2015年5月5日測得的溫、濕、壓隨高度的變化曲線；圖5G至圖5H是2015年5月17日測得的溫、濕、壓隨高度的變化曲線。具體實(shí)施方式下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本本發(fā)明模擬探空儀包括高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊、接口電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、無線電數(shù)據(jù)發(fā)射模塊、探空儀電池，及探空儀數(shù)據(jù)軟盤。高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊、接口電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、無線電數(shù)據(jù)發(fā)射模塊依次相連。結(jié)合圖2所示，圖2為高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊及其接口電路模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)框圖。模擬探空儀采用高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊替代了實(shí)裝的溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器，由于傳感器被替換，原有的智能轉(zhuǎn)換器已不匹配高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊，因此使用A/D轉(zhuǎn)換模塊替代原有的智能轉(zhuǎn)換器。其中，高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊由一階RC響應(yīng)電路、模擬函數(shù)乘法器組成，A/D轉(zhuǎn)換模塊由A/D轉(zhuǎn)換器、微控制器組成。所述模擬函數(shù)乘法器根據(jù)傳感器的數(shù)量選擇，模擬函數(shù)乘法器連接到一階RC響應(yīng)電路，每個模擬函數(shù)乘法器通過一個采樣/保持電路連接到多路開關(guān)，多路開關(guān)的輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換模塊的A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器連接到微控制器，微控制器輸出高空氣象數(shù)字信號。本實(shí)施例中，采樣/保持電路采用集成芯片LF398，多路開關(guān)選用8通道模擬多路開關(guān)CD4051，A/D轉(zhuǎn)換器采用AD574，微控制器選用普通型單片機(jī)Intel(英特爾)公司的8051。一階RC零應(yīng)電路充當(dāng)時間信號源，產(chǎn)生隨時間變化的電壓，模擬函數(shù)乘法器輸出符合函數(shù)關(guān)系的變化電壓。在成本方面，通過元器件成本比較，僅僅高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊成本就比實(shí)際的溫、濕、壓傳感器模塊成本降低一半以上。如圖3所示，無線電數(shù)據(jù)發(fā)射模塊包括依次相連的調(diào)制電路、發(fā)射機(jī)電路以及天線，上述微控制器輸出高空氣象數(shù)字信號輸入到調(diào)制電路，通過天線發(fā)射出去。地面雷達(dá)接收天線接收到該高空氣象數(shù)字信號后，送到氣象數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行處理。地面雷達(dá)接收天線采用風(fēng)廓線雷達(dá)、無線電經(jīng)緯儀接收設(shè)備，用于模擬探空儀的地面無線電信號接收，接收到數(shù)據(jù)信息后，送到氣象數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行分析、處理，計(jì)算高空氣象探測數(shù)據(jù)、編制氣象數(shù)據(jù)并顯示輸出。模擬探空儀能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：①能夠模擬實(shí)裝探空儀的傳感器模塊產(chǎn)生高空氣象“探測”信息，其變化規(guī)律與高空氣象的變化規(guī)律一致；②能夠?qū)崿F(xiàn)高空氣象“探測”信息的產(chǎn)生，并可以發(fā)送給實(shí)裝地面接收處理設(shè)備，經(jīng)地面氣象數(shù)據(jù)處理設(shè)備處理后，形成氣象數(shù)據(jù)，其形式與基于實(shí)裝探空儀生成氣象數(shù)據(jù)的形式一致；③能夠?qū)崿F(xiàn)探空儀的放球、跟球等操作步驟，實(shí)現(xiàn)探空儀的單體操作使用，其操作過程和探測作業(yè)要領(lǐng)與實(shí)裝一致；④能夠嵌入氣象雷達(dá)探測系統(tǒng)中開展高空氣象日常探測使用。與實(shí)裝探空儀對比，模擬探空儀產(chǎn)生的高空氣象“探測”信息要與實(shí)裝探空儀實(shí)際探測的高空氣象信息變化規(guī)律一致，操作步驟、探測要領(lǐng)、過程要與實(shí)裝一致，產(chǎn)生的氣象數(shù)據(jù)要與實(shí)裝形式一致，要完全能夠替代實(shí)裝探空儀開展日常高空氣象探測。請參閱圖4所示，模擬探空儀的具體工作過程如下：模擬探空儀施放升空的同時，一階RC響應(yīng)電路開始工作，并向模擬函數(shù)乘法器輸出隨模擬探測時間變化的電壓信號，溫、濕、壓模擬函數(shù)乘法器(圖4中A)分別基于溫、濕、壓探測數(shù)據(jù)簡化數(shù)學(xué)模型和自身電路設(shè)定，產(chǎn)生與溫、濕、壓傳感器模塊實(shí)際探測時輸出電壓變化規(guī)律相一致的變化電壓，這些變化值通過A/D轉(zhuǎn)換模塊(圖4中B)轉(zhuǎn)化成不同的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，同時將這些“探測”到的氣象信息，調(diào)制到無線電數(shù)據(jù)發(fā)射模塊上(圖4中C)，使其產(chǎn)生不同的工作狀態(tài)，向地面雷達(dá)(圖4中D)發(fā)射溫、濕、壓無線電二進(jìn)制代碼和測距應(yīng)答脈沖，地面雷達(dá)設(shè)備接收到無線電信號，解調(diào)、還原為“探測”信息，再傳輸給地面氣象數(shù)據(jù)處理設(shè)備(圖4中D)，“探測”信號經(jīng)過數(shù)據(jù)計(jì)算處理后，實(shí)時顯示為高空氣象參數(shù)，并可以在氣象數(shù)據(jù)編制模塊中生成氣象數(shù)據(jù)，從而完成地面至空中30公里垂直高度范圍內(nèi)的大氣綜合日常氣象“探測”。模擬探空儀與實(shí)裝探空儀對比，區(qū)別主要在于：高空氣象數(shù)據(jù)的產(chǎn)生機(jī)理不同。實(shí)裝探空儀是傳感器模塊實(shí)際感應(yīng)高空氣象溫、濕、壓的變化而改變輸出電壓的大小，從而實(shí)現(xiàn)高空氣象探測任務(wù)。模擬探空儀是由高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊模擬傳感器模塊在高空中電壓的變化而產(chǎn)生變化的電壓，從而實(shí)現(xiàn)高空氣象“探測”任務(wù)。分析與建立高空氣象探測數(shù)據(jù)簡化數(shù)學(xué)模型是高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。高空氣象探測數(shù)據(jù)簡化數(shù)學(xué)模型的實(shí)質(zhì)，是高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊的輸出電壓隨探測時間變化的函數(shù)。因此，建立高空氣象探測數(shù)據(jù)簡化數(shù)學(xué)模型，需要分析0～30公里大氣變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型，以及溫、濕、壓傳感器模塊變化特性的簡化數(shù)學(xué)模型。由于實(shí)裝探空儀探測的范圍為0～30公里，所以下面僅介紹0～30公里的大氣垂直分層及特性，并且根據(jù)實(shí)裝探空儀現(xiàn)場放飛試驗(yàn)取得的溫度、濕度、氣壓隨高度變化的曲線，在此基礎(chǔ)上，分析建立溫、濕、壓隨高度變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型。本技術(shù)方案中，將30公里以下的大氣分為對流層和同溫層，根據(jù)氣溫隨高度分布標(biāo)準(zhǔn)定律可計(jì)算出對流層的高度為10.65km。圖5A至圖5H示出了安徽合肥某地0～30公里溫度、濕度、氣壓隨高度的變化曲線。合肥地處我國中南部，較好的反映了我國中南部0～30公里的大氣分層和變化特性。建立數(shù)學(xué)模型時，需要對大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)處理的方法很多，例如：最小二乘法曲線擬合、數(shù)值插值、數(shù)值微商和數(shù)值積分等方法。其中，最小二乘法曲線擬合具有不要求擬合曲線通過所有已知點(diǎn)、占用內(nèi)存少、易于Matlab編程實(shí)現(xiàn)和更接近于真實(shí)函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。同時，Matlab數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大。因此，在廣泛收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型的過程中，以最小二乘法曲線擬合理論為基本理論，以Matlab編程工具為基本工具。(1)溫度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型探測資料證明：在對流層中，一般情況下，溫度隨高度的增加而線性下降，氣溫直減率在不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同高度是不一致的，平均而言，高度每升高100m，氣溫下降0.65℃；在平流層中，溫度隨高度的變化很小或不變。又由探空氣球的理論升速為：300～400m/min，若取升速為：350m/min，則，探空儀上升到對流層頂10.65公里，大約需要30分鐘，上升到30公里的高空，大約需要85分鐘。因此，根據(jù)新氣溫標(biāo)準(zhǔn)定律(式4.2)，基于放球時間段測得的溫度隨探測時間的變化數(shù)據(jù)，采用最小二乘法線形擬合如式4.3。式中參數(shù)(同標(biāo)準(zhǔn)定律)為：T0n＝15℃G1＝6.328℃·m-1在對流層中，溫度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合如下：T＝-2.2t+19.5(0min≤t≤30min)(式4.3)在平流層中，溫度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合如下：T＝[-70,-50](30min<t≤85min)(式4.4)則，0～30公里溫度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型為：(2)濕度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型探測資料證明：濕度隨高度的分布與氣溫、對流、凝結(jié)、蒸發(fā)、降水等錯綜復(fù)雜的變化有關(guān)，在對流層中，濕度隨高度的變化劇烈，但一般而言，可以認(rèn)為濕度先升高，再降低，變化范圍為20％RH至90％RH；在平流層中，溫度隨高度的變化穩(wěn)定，在20％RH至90％RH范圍內(nèi)，基本保持不變。因此，根據(jù)濕度變化規(guī)律，基于放球時間段測得的溫度隨探測時間的變化數(shù)據(jù)，采用最小二乘法曲線擬合，在對流層中，濕度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合如下：F＝-0.27t2+8.1t+19.4(式4.6)在平流層中，濕度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合如下：F＝[0,20](式4.7)則，0～30公里濕度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型為：(3)氣壓隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型氣象學(xué)理論和觀測實(shí)踐表明，大氣滿足“大氣垂直平衡”假設(shè)：在任意高度處，任一微小氣團(tuán)在垂直方向上處于動力平衡狀態(tài)。探測資料也證明：氣壓隨高度的增高而降低，符合負(fù)指數(shù)的遞減規(guī)律，越往高空，大氣越稀薄，氣壓隨高度下降得就越慢。其一般變化規(guī)律是：在近地面大氣中，高度每升高100米，氣壓約下降12hPa；而到10公里高度附近，每升高100米僅下降4hPa。如在5.5公里高度上，氣壓約降低到地面氣壓的一半，而在11公里高度上，氣壓約降低到地面氣壓的四分之一。因此，根據(jù)氣壓標(biāo)準(zhǔn)定律(式4.12)，基于放球時間段測得的濕度隨時間的變化數(shù)據(jù)，采用最小二乘法指數(shù)擬合，0～30公里氣壓隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合如下：P＝1112.8exp(-0.0469·t)(0min≤t≤85min)(式4.13)模擬探空儀的高空氣象發(fā)生器模塊主要代替實(shí)裝探空儀的溫、濕、壓傳感器模塊產(chǎn)生隨探測時間變化的電壓，因此下面在測試實(shí)裝探空儀的傳感器模塊時，不測試傳感器模塊的電阻變化，僅測試實(shí)裝探空儀傳感器模塊的輸出電壓的變化。(1)溫度傳感器模塊測試及其簡化數(shù)學(xué)模型溫度傳感器采用熱敏電阻作為感溫元件，熱敏電阻的電阻值和電阻-溫度曲線，由制作熱敏電阻的基礎(chǔ)金屬氧化物以及添加物的配方和燒結(jié)工藝決定。當(dāng)外界環(huán)境溫度變化時，熱敏電阻的電阻值也發(fā)生相應(yīng)改變，而后電阻值的變化通過電阻-電壓轉(zhuǎn)換電路輸出得到對應(yīng)的電壓變化?；趯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，輸出電壓隨溫度變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合為：UT＝-0.07T+5(-70℃≤T≤+50℃)(式4.14)(2)濕度傳感器模塊測試及其簡化數(shù)學(xué)模型濕度傳感器采用具有漲縮特性的有機(jī)物濕敏元件，感濕介質(zhì)為感濕膜，當(dāng)外界環(huán)境濕度變化時，感濕膜的體積隨之變化，從而引起電阻的變化，而后電阻值的變化通過電阻-電壓轉(zhuǎn)換電路輸出，得到與之相對應(yīng)的電壓變化?；趯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，輸出電壓隨濕度變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合為：(3)氣壓傳感器模塊測試及其簡化數(shù)學(xué)模型氣壓傳感器采用硅電阻式彈性膜片結(jié)構(gòu)的壓力傳感器形式，當(dāng)外界環(huán)境氣壓變化時，引起導(dǎo)體膜片的變化，從而改變了壓力傳感器的電阻，而后電阻值的變化通過電阻-電壓轉(zhuǎn)換電路輸出得到對應(yīng)的電壓變化。基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，輸出電壓隨氣壓變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可擬合為：UP＝-0.005P+9.5(0hPa≤P≤1060hPa)(式4.16)下面將在以上闡述的0～30公里溫、濕、壓變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型和溫、濕、壓傳感器模塊測試及其簡化數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立溫、濕、壓高空氣象探測數(shù)據(jù)簡化數(shù)學(xué)模型。(1)溫度探測數(shù)據(jù)簡化數(shù)學(xué)模型的分析建立由式4.14溫度傳感器模塊輸出電壓隨溫度變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型和式4.5溫度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型可得，溫度傳感器模塊輸出電壓隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型，即溫度探測數(shù)據(jù)的簡化數(shù)學(xué)模型為：(2)濕度探測數(shù)據(jù)簡化數(shù)學(xué)模型的分析建立由式4.15濕度傳感器模塊輸出電壓隨濕度變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型和式4.8濕度隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型，可得，濕度傳感器模塊輸出電壓隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型，即濕度探測數(shù)據(jù)的簡化數(shù)學(xué)模型為：(3)氣壓探測數(shù)據(jù)簡化數(shù)學(xué)模型的分析建立由式4.16氣壓傳感器模塊輸出電壓隨氣壓變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型和式4.13氣壓隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型，可得，氣壓傳感器模塊輸出電壓隨探測時間變化規(guī)律的簡化數(shù)學(xué)模型，即氣壓探測數(shù)據(jù)的簡化數(shù)學(xué)模型為：UP＝-5.564[exp(-0.0469·t)]+9.5(0min≤t≤85min)(式4.19)觀察溫度、濕度、氣壓高空氣象探測數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)模型，可以看出溫度、濕度模型為分段函數(shù)，因此，溫度、濕度高空氣象探測數(shù)據(jù)的產(chǎn)生分別從硬件、軟件兩方面實(shí)現(xiàn)。高空氣象探測數(shù)據(jù)生成器模塊，需要能夠基于高空氣象探測數(shù)據(jù)簡化數(shù)學(xué)模型，產(chǎn)生與溫、濕、壓傳感器模塊輸出電壓變化規(guī)律相一致的變化電壓，從而實(shí)現(xiàn)隨機(jī)高空氣象探測數(shù)據(jù)的生成。其中，溫度、濕度探測數(shù)據(jù)生成器模塊僅產(chǎn)生對流層的變化電壓，氣壓探測數(shù)據(jù)生成器模塊產(chǎn)生整個探測過程的變化電壓。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。