阅读说明：本技术 一种高空大气运动探测系统及方法 (High-altitude atmospheric motion detection system and method ) 是由 李昌兴 刘达新 杨荣康 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提供一种高空大气运动探测系统及方法,该方法包括：根据所述控制装置获取标记物释放指令；所述标记物释放装置根据所述标记物释放指令按照预设时序将多个标记物释放到大气中；当多个标记物与大气充分混合后,通过所述探测装置进行标记物检测,得到标记物运动信息,以根据所述标记物运动信息得到大气运动探测信息。通过将高空大气运动探测系统外挂于低速飞行器外部,将标记物释放到大气中,待标记物在大气中充分混合后,在大气运动的带动下,标记物的运动状态与大气的运动状态趋同,因此,通过探测装置探测标记物的运动状态,从而可以间接实现高空大气运动探测,解决了现有技术中无法有效实现高空大气运动探测的问题。(The embodiment of the invention provides a high-altitude atmospheric motion detection system and a method thereof, wherein the method comprises the following steps: acquiring a marker release instruction according to the control device; the marker releasing device releases a plurality of markers into the atmosphere according to the marker releasing instruction and a preset time sequence; and after the plurality of markers are fully mixed with the atmosphere, detecting the markers by the detection device to obtain the motion information of the markers so as to obtain the atmosphere motion detection information according to the motion information of the markers. The high-altitude atmospheric motion detection system is hung outside the low-speed aircraft, the marker is released into the atmosphere, after the marker is fully mixed in the atmosphere, the motion state of the marker and the motion state of the atmosphere are converged under the driving of atmospheric motion, and therefore the motion state of the marker is detected by the detection device, high-altitude atmospheric motion detection can be indirectly realized, and the problem that high-altitude atmospheric motion detection cannot be effectively realized in the prior art is solved.)

一种高空大气运动探测系统及方法

技术领域

本发明涉及大气监测技术领域，尤其涉及一种高空大气运动探测系统及方法。

背景技术

对流层和平流层是地球大气层的主要区域，是气象活动发生的集中区域。对流层是大气层最接近地面的一层，其质量占大气层总质量约75％，几乎所有的水蒸气及气溶胶都集中在该层，对流层的大气过程与人类的生产生活密切相关。而平流层是近些年倍受空间科学研究和近地空间飞行关注的空域，该空域大气干燥、杂质少，能见度高、少云雨、温度稳定、湿度趋近于零。处于平流层或对流层的有动力低速飞行器具有地面因素干扰少，观测视角大，费效比低等优势，为天文观测、地球物理、大气探测、局部通信、局部导航定位、局部地理信息获取创造了有利条件。

而高空大气运动是影响有动力的低速飞行器飞行的主要因素，高空大气运动特征探测对有动力低速飞行器设计和飞行控制有着重要意义。高空大气与近地面大气在密度、成份、运动状态等方面具有显著区别，且高度越高差异越大，而现有技术中大气运动特征探测手段主要依赖多普勒激光雷达遥感，遥感方式分为天基固定轨道扫描和地基固定点探测风场垂直廓线。由于高空大气的特殊性，地面常规大气运动探测手段很难适用于高空大气。

因此，如何实现高空大气运动探测已经成为业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种高空大气运动探测系统及方法，用以解决上述背景技术中提出的技术问题，或至少部分解决上述背景技术中提出的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供一种高空大气运动探测系统，包括：标记物释放装置、探测装置和控制装置；所述控制装置分别与所述标记物释放装置和探测装置电连接；

其中，所述标记物释放装置用于根据所述控制装置发送的标记物释放指令按照预设时序将多个标记物释放到大气中；

其中，所述探测装置用于标记物探测，得到标记物运动信息，以根据所述标记物运动信息得到大气运动探测信息。

更具体的，所述探测装置与所述标记物释放装置同朝向电连接于所述控制装置上，且所述探测装置中线所在延长线与所述标记物释放装置的中线所在延长线相交。

更具体的，所述探测装置与所述标记物释放装置相对电连接于所述控制装置上，且所述探测装置中线与所述标记物释放装置的中线共线。

更具体的，所述标记物释放装置为固态电子引燃发烟器。

更具体的，所述探测装置为视觉传感器。

第二方面，本发明实施例提供一种应用如第一方面高空大气运动探测系统进行的高空大气运动探测方法，包括根据所述控制装置获取标记物释放指令；

所述标记物释放装置根据所述标记物释放指令按照预设时序将标记物释放到大气中；

当标记物与大气充分混合后，通过所述探测装置进行标记物检测，得到标记物运动信息，以根据所述标记物运动信息得到大气运动探测信息。

更具体的，述通过所述探测装置进行标记物检测，得到标记物运动信息的步骤，具体包括：

通过所述探测装置对所述标记物进行帧间时间固定的高帧率成像，得到多个探测图片信息；

对所述多个探测图片信息进行标记物位置变化分析，得到标记物运动信息。

更具体的，所述根据所述标记物运动信息得到大气运动探测信息的步骤，具体包括：

获取高空大气运动探测系统飞行速度信息；

根据所述高空大气运动探测系统飞行速度信息对所述标记物运动信息进行补偿校正，得到大气运动探测信息。

更具体的，在所述当标记物与大气充分混合后，通过所述探测装置进行标记物检测的步骤之前，所述方法还包括：

根据所述探测装置获取标记物扩散加速度信息；

根据所述标记物扩散加速度信息判断标记物与大气混合情况。

第三方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第二方面所述高空大气运动探测方法的步骤。

本发明实施例提供的一种高空大气运动探测系统及方法，通过将高空大气运动探测系统外挂于低速飞行器外部，直接暴露在高层大气中，标记物释放装置按照标记物释放指令将标记物释放到大气中，待标记物在大气中充分混合后，在大气运动的带动下，标记物的运动状态与大气的运动状态趋同，因此，通过探测装置探测标记物的运动状态，从而可以间接实现高空大气运动探测，解决了现有技术中无法有效实现高空大气运动探测的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例中所描述的高空大气运动探测系统结构示意图；

图2为本发明一实施例同向摆放方式的高空大气运动探测系统结构侧视图；

图3为本发明一实施例对向摆放方式的高空大气运动探测系统结构侧视图；

图4为本发明一实施例所描述的控制装置控制单元逻辑图；

图5为本发明一实施例所描述的高空大气运动探测方法流程示意图；

图6为本发明一实施例所描述的电子设备结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施例中所描述的高空大气运动探测系统结构示意图，如图1所示，包括：标记物释放装置110、探测装置120和控制装置130；所述控制装置130分别与所述标记物释放装置110和探测装置120电连接；

其中，所述标记物释放装置110用于根据所述控制装置130发送的标记物释放指令按照预设时序将多个标记物释放到大气中；

其中，所述探测装置120用于标记物探测，得到标记物运动信息，以根据所述标记物运动信息得到大气运动探测信息。

具体的，本发明实施例中所描述的高空大气运动探测系统挂置于动力低速飞行器外部，该高空大气运动探测系统直接暴露在高层大气中，使得标记物释放后能够有效的与大气充分混合，且能够直接捕捉与大气混合后的标记物。

本发明实施例中所描述的标记物可以是指在低温下为气态或悬浮颗粒，能通过电子控制实现释放与中止，易于被探测的标记物，例如有色烟雾等。

本发明实施例中所描述的探测装置可以是指对标记物相对应的，识别标记物的装置，通过该装置的观测数据可以反演出标记物的运动状态，例如光谱探测设备、超声探测设备或视觉传感器。

本发明实施例中所描述的标记物探测具体是指，通过对标记物进行高帧率成像，帧间时间固定，通过相邻帧图像中标记物的位置变化，即可换算出标记物的运动信息。

由于探测装置与动力低速飞行器是刚性连接，探测装置与动力低速飞行器具有相同运动状态，因此探测装置探测得到的标记物运动信息是两者的相对运动状态，而非绝对运动状态。需要通过飞行器的绝对运动状态对标记物的相对运动状态进行补偿矫正，即可得到标记物运动信息的绝对运动状态。

本发明实施例通过标记物运动信息得到大气运动探测信息具体是指，通过动力低速飞行器的飞行速度对标记物运动信息进行补偿校正，得到标记物运动信息。

本发明实施例将高空大气运动探测系统外挂于低速飞行器外部，直接暴露在高层大气中，通过标记物释放装置按照标记物释放指令将标记物释放到大气中，待标记物在大气中充分混合后，在大气运动的带动下，标记物的运动状态与大气的运动状态趋同，因此，通过探测装置探测标记物的运动状态，从而可以间接实现高空大气运动探测，解决了现有技术中无法有效实现高空大气运动探测的问题。

图2为本发明一实施例同向摆放方式的高空大气运动探测系统结构侧视图，如图2所示，具体为，探测装置120与标记物释放装置110同朝向设置于控制装置130上，且探测装置120的中线所在延长线与所述标记物释放装置110的中线所在延长线相交于观测区140。

具体的，本发明实施例探测装置120与标记物释放装置110的朝向相同，且两者之间保持了一定的观测交角。

图3为本发明一实施例对向摆放方式的高空大气运动探测系统结构侧视图，如图3所示，具体为，探测装置120与标记物释放装置110相对设置于控制装置130上，且探测装置120中线与标记物释放装置110的中线共线。

图4为本发明一实施例所描述的控制装置控制单元逻辑图，如图4所示，DigitalSwitch Module为逻辑控制模块、Constant Current Source Module为恒流驱动模块。S1为控制标记物释放装置释放标记物的逻辑输入、S2为探测装置探测到标记物的逻辑输入，VIN和GND为电源输入，D1为标记物释放装置，D2为探测装置。

具体的，控制装置在S1接口施加TTL电平，此时标记物释放装置D1开启，当探测装置D2采集到标记物运动信息，将观测结果通过S2接口发送至控制装置，控制装置撤销S1接口的施加TTL电平，停止释放标记物，一次观测结束。

本发明实施例通过不同摆放的探测装置与标记物释放装置，可以更有效的捕捉所释放标记物的运动信息，从而有利于高空大气运动探测的实现。

在上述实施例的基础上，所述标记物释放装置为固态电子引燃发烟器，所述探测装置为视觉传感器。

本发明实施例所描述的固态电子引燃发烟器，释放高浓度红色烟雾。该发烟器由发烟化学制剂、助燃剂、电子点火器组成，可以通过电子控制实现在氧气稀薄、低温条件下发烟，化学试剂可以是指高氯酸钾、玫瑰精、三硫化锑和***胶。

本发明实施例通过固态电子引燃发烟器能通过电子控制实现在氧气稀薄、低温条件下发烟，满足在高空大气条件下也能实现标记物的释放，便于高空大气运动探测的进行。

图5为本发明一实施例所描述的高空大气运动探测方法流程示意图，如图5所示，包括：

步骤S1，根据所述控制装置获取标记物释放指令；

步骤S2，所述标记物释放装置根据所述标记物释放指令按照预设时序将多个标记物释放到大气中；

步骤S3，当多个标记物与大气充分混合后，通过所述探测装置进行标记物检测，得到标记物运动信息，以根据所述标记物运动信息得到大气运动探测信息。

具体的，本发明实施例中所描述的所述标记物释放指令按照预设时序将标记物释放到大气中具体是指，按照预设的时间来间隔的释放标识物，该预设时间可以是根据历史实验数据中探测装置探测到标识物的时间确定。

具体的，本发明实施例中通过所述探测装置进行标记物检测时，还需要避免标记物浓度太低的情况，当探测装置检测到标记物浓度太低时，即检测到标记物数量少于预设值是，则反馈信息到控制装置，使得控制装置再次发送标记物释放指令。

本发明实施例中所描述的标记物探测具体是指，通过对标记物进行高帧率成像，帧间时间固定，通过相邻帧图像中标记物的位置变化，即可换算出标记物的运动信息。

本发明实施例通过标记物运动信息得到大气运动探测信息具体是指，通过动力低速飞行器的飞行速度对标记物运动信息进行补偿校正，得到标记物运动信息。

本发明实施例将高空大气运动探测系统外挂于低速飞行器外部，直接暴露在高层大气中，通过标记物释放装置按照标记物释放指令将标记物释放到大气中，待标记物在大气中充分混合后，在大气运动的带动下，标记物的运动状态与大气的运动状态趋同，因此，通过探测装置探测标记物的运动状态，从而可以间接实现高空大气运动探测，解决了现有技术中无法有效实现高空大气运动探测的问题。

在上述实施例的基础上，所述通过所述探测装置进行标记物检测，得到标记物运动信息的步骤，具体包括：

通过所述探测装置对所述标记物进行帧间时间固定的高帧率成像，得到多个探测图片信息；

对所述多个探测图片信息进行标记物位置变化分析，得到标记物运动信息。

具体的，由于本发明实施例中所拍摄的高帧率成像是帧间时间固定的，因此可以得到一系列按照时间排序的连续探测图像信息；对所述多个探测图片信息进行标记物位置变化分析具体是指，将相邻帧图像中标记物的位置变化，即可换算出得到标记物运动信息。

本发明实施例通过帧间时间固定的高帧率成像，从而将相邻帧图像中标记物的位置变化，即可换算出得到标记物运动信息，有效实现了标记物运动信息的分析。

在上述实施例的基础上，所述根据所述标记物运动信息得到大气运动探测信息的步骤，具体包括：

获取高空大气运动探测系统飞行速度信息；

根据所述高空大气运动探测系统飞行速度信息对所述标记物运动信息进行补偿校正，得到大气运动探测信息。

本发明实施例中所描述的由于高空大气运动探测系统与高空大气运动探测系统刚性连接，因此高空大气运动探测系统飞行速度信息与动力低速飞行器的飞行速度相同，通过卫星定位技术、地面遥感等方式，即可得到高空大气运动探测系统飞行速度信息。

本发明实施例通过高空大气运动探测系统飞行速度信息对所述标记物运动信息进行补偿校正，得到更精准的大气运动探测信息。

在上述实施例的基础上，在所述当多个标记物与大气充分混合后，通过所述探测装置进行标记物检测的步骤之前，所述方法还包括：

根据所述探测装置获取标记物扩散加速度信息；

根据所述标记物扩散加速度信息判断标记物与大气混合情况。

具体的，标记物释放后，标记物与大气的融合过程会产生粘滞力，流体之间的粘滞力与流速梯度成正比，在速度差比较大时，其粘滞力较大，产生的加速度也较大。在标记物受粘滞力加速运动中，随着流速梯度的降低，加速度也逐渐降低，当标记物与大气流速之间流速梯度为0时，加速度消失，标记物与大气运动趋同，即充分混合。通过探测装置实时观测标记物的运动状态，当标记物从变加速逐渐过渡到匀速运动时，即可判断标记物与大气充分混合。

本发明实施例通过判断标记物与大气充分混合后再进行标记物检测，保证了监测的精准性和可靠性。

图6为本发明一实施例所描述的电子设备结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行如下方法：根据所述控制装置获取标记物释放指令；所述标记物释放装置根据所述标记物释放指令按照预设时序将多个标记物释放到大气中；当多个标记物与大气充分混合后，通过所述探测装置进行标记物检测，得到标记物运动信息，以根据所述标记物运动信息得到大气运动探测信息。

此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：根据所述控制装置获取标记物释放指令；所述标记物释放装置根据所述标记物释放指令按照预设时序将多个标记物释放到大气中；当多个标记物与大气充分混合后，通过所述探测装置进行标记物检测，得到标记物运动信息，以根据所述标记物运动信息得到大气运动探测信息。

本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储服务器指令，该计算机指令使计算机执行上述各实施例提供的方法，例如包括：根据所述控制装置获取标记物释放指令；所述标记物释放装置根据所述标记物释放指令按照预设时序将多个标记物释放到大气中；当多个标记物与大气充分混合后，通过所述探测装置进行标记物检测，得到标记物运动信息，以根据所述标记物运动信息得到大气运动探测信息。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。