一种临近空间的风向及风速大小的获取方法及装置与流程

本发明涉及临近空间浮空器的技术领域，尤其是一种临近空间的风向及风速大小的获取方法及装置。

背景技术：

在临近空间浮空器的飞行过程中，知道水平向的风向风速对提高飞艇的稳定性和操纵性有非常大的帮助，但现有的用于支撑临近空间飞艇的测量的技术手段并不多，申请号为CN201010102257.X的专利文件提供了一种高空驻空飞行器的实时测量方法与装置，该专利文件提供的装置由无刷电机驱动，包括以恒定角速率转动的刚性旋杆，刚性旋杆的两端装有测压探头，测压探头连接在一个压差传感器上，当风吹向刚性旋杆时，两测压探头的压差为一周期的余弦信号，通过该信号的相位以及与风速存在的数值关系，推断出平流层以上的高度风向角和风速大小的信息。该装置结构复杂，且不好维护，并且反应信号与风速之间的数值关系的公式计算复杂。

技术实现要素：

本发明提供一种方便易行、结构简单的临近空间的风向及风速大小的获取方法及装置，本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供一种临近空间的风向及风速大小的获取方法，包括以下步骤：

在临近空间的水平面放置红外辐射板，并保持红外辐射板的周围无遮挡；在红外辐射板的中心部分放置热源，风带动热源加热的热空气在红外辐射板上产生狭长形的红外轨迹；通过红外热像仪对红外轨迹进行实时拍摄成像；拍摄成像的红外轨迹的延伸方向为临近空间的实时风向；拍摄成像的红外轨迹的延伸长度越长，则临近空间的实时风速越大，红外轨迹的延伸长度越短，则临近空间的实时风速越小。

其中，红外热像仪拍摄红外轨迹后，将拍摄的图片实时传输到数据处理中心，数据中心将实时拍摄成像的图片转化为数字信号，传递给接收端。

其中，放置热源后，保持热源与位于热源外周的红外辐射板的部分与热源物理隔绝，使得热源与位于热源外周的红外辐射板的部分不发生热传递。

其中，临近空间的环境为：驻留高度为20km，驻留风速最大为20m/s，且临近空间的气流沿水平方向运动，对流微弱或无对流。

根据本发明的另外一个方面，提供该种风向及风速大小的获取方法所采用的获取装置，获取装置包括红外辐射板、热源、红外热像仪，热源位于红外辐射板的中心部分，红外热像仪位于红外辐射板的上方，红外热像仪的视角覆盖红外辐射板。

其中，获取装置还包括数据处理中心，数据处理中心的输入端与红外热像仪信号连接，数据处理中心的输出端与接收端信号连接。

其中，红外辐射板的中心部分设有孔，热源位于孔内，孔内热源的外周设有用于隔绝热源和红外辐射板之间的热传递的隔热圈。

本发明的优点在于：

本发明能够对临近空间环境内的风向和风速大小进行实时判断，使空间浮空器在飞行过程中对环境进行预判，保证空间浮空器的稳定性和操控性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施方式的临近空间的风向及风速大小的获取装置的热源所在的平面图；

图2示出了根据本发明实施方式的临近空间的风向及风速大小的获取装置的热源产生的红外轨迹图；

图3示出了根据本发明实施方式的临近空间的风向及风速大小的获取装置的立体图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，提出一种临近空间的风向及风速大小的方法，具体为，如图1所示，将红外辐射板放置在临近空间的水平面，并保持红外辐射板的周围无遮挡，在红外辐射板的中心部分放置热源100，热源100会加热周围空气，当有风时，风会带动热源加热的热空气加热红外辐射板300，进而在红外辐射板上产生狭长形的红外轨迹500，通过红外热像仪400对红外轨迹500进行实时拍摄，拍摄的红外轨迹的延伸方向为临近空间的风向，拍摄的红外轨迹500的延伸长度越长，则临近空间的实时风速越大，红外轨迹500的延伸长度越短，则临近空间的实时风速越小。

热源产生的热量容易被位于热源周围的部分红外辐射板吸收，并产生相应的能量轨迹，该能量轨迹如果与流动的热空气生成的红外轨迹混合，就会影响显影结果的准确性，为避免这一情况，需将热源与红外辐射板进行隔热处理，具体的方法为：放置热源后，保持热源与红外辐射板位于热源外周的部分与热源物理隔绝，通常的手段为设置隔热圈，使得热源与红外辐射板位于热源外周的部分不发生热传递。

由于本方法主要用于临近空间浮空器对于临近空间的风向和风度大小进行判断，因此红外热像仪的拍摄结果需要被传输至空间浮空器的接收端，通常情况下，红外热像仪的拍摄结果需要经过数据处理中心处理成数字信息符号再传递给接收端，因此数据处理中心的输入端与红外热像仪的输出端信号连接，数据处理中心的输出端与接收端信号连接。

另外，本发明的获取方法的工作环境为预设的临近空间，该临近空间的环境为：驻留高度为20km，驻留风速最大为20m/s，并且临近空间的气流为水平方向运动，对流微弱或无对流。在该临近空间内，本发明的方法和装置能够对实时风向和实时风速的大小进行判断。

如图3所示，本发明还涉及一种临近空间的风向及风速大小的获取方法使用的装置，该获取装置包括红外辐射板300、热源100、红外热像仪400，热源100位于红外辐射板300的中心部分，红外热像仪400位于红外辐射板300的上方，红外热像仪400的视角覆盖红外辐射板，其中红外辐射板300的中心部分设有孔，热源100位于孔内，孔内所述热源100的外周设有用于隔绝热源100和红外辐射板300。

红外辐射板300的中心部分设有孔，热源100位于孔内，孔内热源100的外周设有用于隔绝热源100和红外辐射板300之间的热传递的隔热圈200。

另外，该获取装置还包括数据处理中心，数据处理中心的输入端与红外热像仪400信号连接，数据处理中心的输出端与接收端信号连接。

综上所述，本发明能够对临近空间环境内的风向和风速大小进行实时判断，使空间浮空器在飞行过程中对环境进行预判，保证空间浮空器的稳定性和操控性，并且本获取方法简单易实现。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。