本实用新型属于空气气象探测技术领域，具体涉及一种基于gps的系留气球自动放球系统。
背景技术：
目前，高空气象探测领域一般有一次性探空气球高空测量和系留气球高空测量。系留气球高空测量方式采用系留气球带载探空包的方式，把系统放到高空一定的高度。施放高度的确定一般采用经纬仪人工观测系留气球的高度，再人工调节系留绳的长度以改变系留气球的高度，使系留气球达到预定的高度。这个过程需要人员一直监控系统气球的高度，才做调节，会有滞后效果，并且十分不方便费时费力。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提出一种基于gps的系留气球自动放球系统，解决现有技术存在的调节存在滞后效果、存在一定误差以及费时费力的问题。
为实现上述目的，本实用新型的基于gps的系留气球自动放球系统包括：
搭载在所述系留气球上的第一无线通讯模块，所述第一无线通讯模块包含gps模块；
设置在地面的收线放线机构，所述收线放线机构通过系留绳和所述系留气球连接，调整系留绳的伸出长度；
搭载在所述收线放线机构上的第二无线通讯模块，所述第二无线通讯模块包括gps模块；
以及无线通讯系统，所述无线通讯系统与所述第一无线通讯模块和第二无线通讯模块无线连接，第一无线通讯模块将对应的gps模块采集的空间坐标传输至无线通讯系统，第二无线通讯模块将对应的gps模块采集的空间坐标传输至无线通讯系统，无线通讯系统根据两个gps模块获得的两处空间绝对位置信息通过矢量计算，计算系留气球距离地面的垂直高度以及系留绳伸长的长度并实时通过收线放线机构调整系留绳伸长的长度。
所述收线放线机构包括步进电机、绞线机构和伺服系统，所述伺服系统和所述无线通讯系统无线连接，所述步进电机输出轴和绞线机构的转动轴固定连接，伺服系统控制所述步进电机带动所述绞线机构正转或反转。
所述系留绳采用特氟龙材质。
所述无线通讯模块采用zigbee模块。
所述系留气球采用绝缘纸膜材料。
本实用新型的有益效果为：本实用新型的基于gps的系留气球自动放球系统中无线通讯系统把系留气球的gps发射的三维坐标和地面的收线放线机构的gps发射的三维坐标做坐标变换，从地球系的坐标转换到以地面收线放线机构为原点的的坐标系中，然后计算系留气球与地面的垂直高度，并计算放出的系留绳的长度，因为系留气球不可能在地面收线放线系统的正上方，通过三角变换预估收线放线的长度，以调节系留气球的高度。步进电机采用伺服系统控制，调节速度快，稳定性好。本实用新型中，系留气球带有gps模块，可以提供系留气球的绝对高度；本实用新型采用全向天线的gps模块，接收信号的能力强，定位精度高。可以自动根据计算得到高度调节收线放线系统，以达到自动调节系留气球高度的目标。
附图说明
图1为本实用新型的基于gps的系留气球自动放球系统工作示意图；
图2为本实用新型的基于gps的系留气球自动放球系统中系留气球的工作示意图；
图3为本实用新型的基于gps的系留气球自动放球系统中收线放线工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。
参见附图1-附图3，本实用新型的基于gps的系留气球自动放球系统包括：
搭载在所述系留气球上的第一无线通讯模块，所述第一无线通讯模块包含gps模块；
设置在地面的收线放线机构，所述收线放线机构通过系留绳和所述系留气球连接，调整系留绳的伸出长度；
搭载在所述收线放线机构上的第二无线通讯模块，所述第二无线通讯模块包括gps模块；
以及无线通讯系统，所述无线通讯系统与所述第一无线通讯模块和第二无线通讯模块无线连接，第一无线通讯模块将对应的gps模块采集的空间坐标传输至无线通讯系统，第二无线通讯模块将对应的gps模块采集的空间坐标传输至无线通讯系统，无线通讯系统根据两个gps模块获得的两处空间绝对位置信息通过矢量计算，计算系留气球距离地面的垂直高度以及系留绳伸长的长度并实时通过收线放线机构调整系留绳伸长的长度。
所述收线放线机构包括步进电机、绞线机构和伺服系统，所述伺服系统和所述无线通讯系统无线连接，所述步进电机输出轴和绞线机构的转动轴固定连接，伺服系统控制所述步进电机带动所述绞线机构正转或反转。收线放线机构采用伺服系统控制的步进电机，调节速度快，稳定性好，并通过传动装置提高扭矩，保证收线放线的平稳。
gps模块包含一个gps定位芯片，可以通过gps定位芯片进行定位。gps导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到。当gps卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在wgs-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。28颗gps卫星有其中4颗备用，分布在6条交点互隔60度的轨道面上，距离地面约20000千米。已经实现单机导航精度约为10米，综合定位的话，精度可达厘米级和毫米级。
根据2个gps模块的绝对位置信息，通过矢量计算，可得到系留气球相对于地面的垂直高度。
绞线机构负责系留绳的收放，系留绳是缠绕在绕线机构的滚动轴上的，每转一圈，系留绳放出的长度是一定的，根据滚动轴滚动的圈数可以计算出系留绳放出的长度。系统实时计算放出的系留绳的长度，并且可以得到系留气球对地的绝对高度，就可以知道放绳方向与地面的夹角，通过三角关系计算，可以计算出放出或者回收多少长度的系留绳使系留气球的高度改变设定的高度，通过不断的调节系留绳的收放，可以使系留气球在指定的高度附件停留。
所述系留绳采用特氟龙材质，重量轻，拉断强度大，可以承受120kg的拉力，保证系留气球不跑球。
所述无线通讯模块采用zigbee模块，其传输距离可以达到2000米，其将gps模块得到的三维坐标数据发送到地面通讯系统中。
所述系留气球采用绝缘纸膜材料，有一定的张力，重量很轻，其体积为15m3，可以带载15kg。
gps模块采用工业级模块，能工作到零下40°，并配有360°全向天线，可以接收到超过4颗卫星以上的信号，其水平定位精度高于1m，垂直高度定位精度高于10m。
本实用新型的基于gps的系留气球自动放球系统的无线通讯系统分别与系留气球端第一无线通信模块和收线放线系统中第二无线通信模块通讯，得到系留气球的三维坐标和地面收线放线系统的三维坐标，通过坐标变换得到系留气球的距地面的垂直高度，并控制绕线系统进行收线和防线，自动控制系留气球的距地面的垂直高度。
1.基于gps的系留气球自动放球系统，其特征在于，包括：
搭载在所述系留气球上的第一无线通讯模块，所述第一无线通讯模块包含gps模块；
设置在地面的收线放线机构，所述收线放线机构通过系留绳和所述系留气球连接，调整系留绳的伸出长度；
搭载在所述收线放线机构上的第二无线通讯模块，所述第二无线通讯模块包括gps模块；
以及无线通讯系统，所述无线通讯系统与所述第一无线通讯模块和第二无线通讯模块无线连接，第一无线通讯模块将对应的gps模块采集的空间坐标传输至无线通讯系统，第二无线通讯模块将对应的gps模块采集的空间坐标传输至无线通讯系统，无线通讯系统根据两个gps模块获得的两处空间绝对位置信息通过矢量计算，计算系留气球距离地面的垂直高度以及系留绳伸长的长度并实时通过收线放线机构调整系留绳伸长的长度。
2.根据权利要求1所述的基于gps的系留气球自动放球系统，其特征在于，所述收线放线机构包括步进电机、绞线机构和伺服系统，所述伺服系统和所述无线通讯系统无线连接，所述步进电机输出轴和绞线机构的转动轴固定连接，伺服系统控制所述步进电机带动所述绞线机构正转或反转。
3.根据权利要求1或2所述的基于gps的系留气球自动放球系统，其特征在于，所述系留绳采用特氟龙材质。
4.根据权利要求1或2所述的基于gps的系留气球自动放球系统，其特征在于，所述无线通讯模块采用zigbee模块。
5.根据权利要求1或2所述的基于gps的系留气球自动放球系统，其特征在于，所述系留气球采用绝缘纸膜材料。
技术总结