一种北斗卫星大气层水汽含量测量仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于气象学中的地基水汽测量技术领域，尤其涉及一种北斗卫星大气层水 汽含量测量仪。
【背景技术】
[0002] 大气水汽含量是进行天气预报特别是强降水预报的重要指标。导航卫星信号在穿 越大气对流层时，受到其折射影响而产生信号延迟。由于信号延迟和大气参数之间具有很 好的相关性，因而可以利用导航卫星信号，以遥感的方式来探测大气参数，研宄对流层大气 参数的空间分布和变化规律。通过导航卫星数据反演大气水汽，相比使用探空气球和微波 辐射计，可提供高时空分辨率的大气水汽数据，是全世界气象领域推崇和使用的一项高技 术产品。目前，利用全球卫星导航系统探测地球大气的技术依靠的是美国的GPS，并由此衍 生出一门新的交叉学科一GPS气象学。
[0003] 然而，目前使用的GPS水汽探测设备存在很多问题：
[0004] (l)GPS系统受美国军方控制，可以随时对需要的地区进行干扰，有很大的潜在风 险和不安全因素；
[0005] (2)核心技术受美国控制，价格极高；
[0006] (3)使用麻烦。传统的做法是，购进数台达到毫米级的、高精度定位的卫星导航接 收机组网观测，再购进专用高精度GPS数据处理软件；同时，还需要外部提供精确的卫星轨 道和钟差，也需要外置的气象设备用于测量当地的温度、湿度、气压、风速等数据，还需要把 不同站位的GPS原始数据传回数据中心集中处理。因此，该类产品存在数据种类多、传输工 作量大、过程繁琐、操作麻烦等缺陷；
[0007] (4)无法实现水汽的实时监测，包括美国在内的所有国家，在利用GPS技术和产品 进行大气层水汽含量测量时，都存在一个共同的缺陷，那就是没有一体化的设备，而是要用 多种分散的设备进行测量，再把这些分散的数据收集起来放入专用的软件中进行处理。因 此，全世界的GPS水汽探测设备都存在大气层水汽含量数据的提供滞后的缺陷。
[0008] 北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。 该系统2002年1月北斗卫星导航系统试运行，目前系统在轨运行卫星数量已达16颗，具备 覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力。至2020年，具有35颗卫星的、 服务于亚太地区和全球的两个系统将建设成功。北斗卫星导航系统的建设，对于我国的国 防和整个国民经济现代化建设，有着极其重要的意义。
[0009] 我国北斗产品在水汽测量设备研制和应用方面仍处于空白状态。自2002年1月 北斗卫星导航系统试运行至今，已经13年的时间了。在这13年的时间里，我国已经成功地 研制了多种多样北斗卫星导航系统的应用产品。在利用卫星导航信号进行大气层水汽测量 方面，由于该类产品是一项高难度的技术，虽然开始了一些理论上的研宄，但是，目前我国 依靠的仍然是美国等国家的GPS技术和产品。因此，开发我国自己的北斗卫星导航系统的 大气层水汽测量设备势在必行。
[0010] 开发我国北斗卫星导航系统的大气层水汽测量设备，意义非常重大，主要有以下 四个方面：
[0011] (1)可以打破发达国家利用卫星导航系统对地球大气进行测量的技术垄断；
[0012] (2)可以消除我国依赖美国GPS存在的安全隐患；
[0013] (3)可以填补我国北斗气象应用的空白；
[0014] (4)具有非常好的社会效益和经济效益，不仅可以为我国天气观测设备国产化、低 成本化作出开创性的贡献，还可以使我国气象观测设备的先进性及观测网络分布的广泛性 都居于世界前列，达到前所未有的水平。
【发明内容】
[0015] 鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷， 本发明提供一种一体化设计、安全可靠、使用便捷且准确度高的北斗卫星大气层水汽含量 测量仪。
[0016] 本发明提供了一种北斗卫星大气层水汽含量测量仪，包括机箱，所述机箱内设置 有工控主机、气象数据采集器、差分接收机以及北斗短报文模块，所述气象数据采集器、差 分接收机和北斗短报文模块分别与所述工控主机相连，还包括3G/4G模块和蓄电池，其中：
[0017] 所述工控主机中设置有相互连接的单点定位模块和水汽反演模块，所述差分接收 机与所述单点定位模块相连，所述气象数据采集器与所述水汽反演模块相连，所述箱体一 侧面设置有差分接收机接口和气象传感器接口，所述差分接收机通过所述差分接收机接口 与外部的扼流圈天线相连，所述气象数据采集器通过所述气象传感器接口与外部的气象传 感器相连；
[0018] 所述差分接收机还与所述3G/4G模块相连，所述箱体一侧面还设置有3G/4G天线 接口，所述3G/4G模块通过所述3G/4G天线接口与外部的3G/4G天线相连，所述3G/4G天 线用于接收北斗连续跟踪站网播发的卫星数据信息并将其发送给所述3G/4G模块，所述 3G/4G模块用于接收所述3G/4G天线发送的卫星数据信息并将其发送给所述差分接收机， 所述差分接收机用于将接收到的卫星数据信息发送给所述单点定位模块，所述单点定位模 块用于对接收到的卫星数据信息进行解算得到天顶总延迟量ZTD和该北斗卫星大气层水 汽含量测量仪的位置信息，同时将天顶总延迟量ZID发送至所述水汽反演模块；
[0019] 所述气象传感器将采集到的气象数据通过所述气象传感器接口传送至所述气象 数据采集器，所述气象数据采集器将接收到的气象数据转换成数字信号后传送至所述水汽 反演模块，所述水汽反演模块将接收到的天顶总延迟量ZTD和数字信号进行解算，得到实 时的大气水汽含量；
[0020] 所述箱体的一侧面还设置有北斗短报文模块天线接口，所述北斗短报文模块通过 所述北斗短报文模块天线接口与外部的北斗卫星收发天线相连，所述北斗短报文模块用于 接收所述工控主机传送的实时的水汽含量、气象数据和该北斗卫星大气层水汽含量测量仪 的位置信息，同时通过所述北斗卫星收发天线将其发送给相关的气象部门；
[0021] 所述蓄电池与所述工控主机相连，用于对所述工控主机进行供电，所述箱体的一 侧面还设置有电源接口，所述电源接口与所述蓄电池相连，通过所述电源接口与外部的供 电装置相连接，用于对所述工控主机直接进行供电或对所述蓄电池进行充电；以及
[0022] 所述机箱内还设置有显示屏，所述显示屏与所述工控主机相连，通过所述显示屏 对所述工控主机进行操作。
[0023] 可选的，所述箱体的另一侧设置有多个USB接口、多个串口、多个网口以及多个卫 星通讯接口。
[0024] 可选的，所述卫星数据信息包括北斗精密星历、钟差数据、伪距、载波相位以及多 普勒频移。
[0025] 可选的，所述箱体的另一侧还设置有存储卡接口。
[0026] 可选的，所述多个USB接口为4个USB接口。
[0027] 可选的，所述多个串口为4个串口，且均为DB9接口。
[0028] 可选的，所述网口为2个网口。
[0029] 可选的，所述差分接收机接口为TNC接口或SMA接口。
[0030] 可选的，所述北斗短报文模块天线接口和3G/4G接口均为SMA接口。
[0031] 可选的，所述显示屏为触摸式液晶显示屏，其尺寸为4~5寸。
[0032] 本发明具有以下优点和有益效果：
[0033] (1)本发明提供的一种北斗卫星大气层水汽含量测量仪可以填补北斗在该领域应 用的空白，本发明使用中国自主的北斗卫星导航系统，该北斗卫星大气层水汽含量测量仪 中卫星信号接收、处理的硬件、软件全部由申请单位自行研制，可以使我国多行业期盼的北 斗大气层水汽含量测试仪由理想和理论研宄变成了现实，也能避免使用GPS潜在的不安全 因素；
[0034](2)本发明提供的一种北斗卫星大气层水汽含量测量仪提供的水汽测量数据时不 再滞后，可以在任何地点、任何时间、只要加电，可以立即提供即时的大气层水汽含量；
[0035] (3)本发明提供的一种北斗卫星大气层水汽含量测量仪本身具备通讯、组网能力， 既可以提供本站点即时的大气层水汽含量，又可以与其它站点通讯组网，向用户提供大范 围内的大气层水汽含量的即时数据；
[0036] (4)本发明提供的一种北斗卫星大气层水汽含量测量仪通过一体化设计，同时通 过一体化设计，提高了该测量仪使用的便携性，使该测量仪成为一种全新的、价格低廉的大 气层水汽测量专用设备，能极大的方便用户的使用，同时，所述机箱为防水和防尘机箱，保 证了该机箱的防水和防尘性能
【附图说明】
[0037] 图1为本发明提供的一种北斗卫星大气层水汽含量测量仪的原理框图；
[0038] 图2为本发明提供的一种北斗卫星大气层水汽含量测量仪的结构示意图。
【具体实施方式】
[0039] 下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0040] 如图1和图2所示：本发明实施例的一种北斗卫星大气层水汽含量测量仪，包括机 箱，所述机箱内设置有工控主机4、气象数据采集器6、差分接收机2以及北斗短报文模块8， 所述气象数据采集器6、差分接收机2和北斗短报文模块8分别与所述工控主机4相连，还 包括3G/4G模块11和蓄电池1，其中：所述工控主机4中设置有相互连接的单点定位模块3 和水汽反演模块5,所述单点定位模块3可选PPP单点精密定位模块，所述差分接收机2与 所述单点定位模块3相连，所述气象数据采集器6与所述水汽反演模块5相连，所述箱体一 侧面设置有差分接收机接口 20和气象传感器接口 16,所述差分接收机2通过所述差分接收 机接口 20与外部的扼流圈天线12相连，所述扼流圈天线12可优选为四合一扼流圈天线， 所述气象数据采集器6通过所述气象传感器接口 16与外部的气象传感器13相连；所述差 分接收机2还与所述3G/4G模块11相连，所述箱体一侧面还设置有3G/4G天线接口 19,所 述3G/4G模块11通过所述3G/4G天线接口 19与外部的3G/4G天线7相连，所述3G/4G天 线7用于接收北斗连续跟踪站网播发的卫星数据信息并将其发送给所述3G/4G模块11，所 述3G/4G模块11用于接收所述3G/4G天线7发送的卫星数据信息并将其发送给所述差分接 收机2,所述差分接收机2用于将接收到的卫星数据信息发送给所述单点定位模块3,所述 单点定位模块