GPS高空探测系统功能规格需求书 - 中国气象观测网

附件1

北斗-GPS导航卫星高空气象观测系统

功能需求书

中国气象局综合观测司

二〇一二年九月

前言

为规范北斗-GPS导航卫星高空气象观测系统的研制和生产，中国气象局综合观测司组织中国气象局气象探测中心编写了《北斗-GPS导航卫星高空气象观测系统功能需求书》。

本需求书针对综合应用北斗和GPS导航卫星双模的高空气象观测体制，主要提出了系统的总体要求、结构与组成、基本功能、技术性能。

系统的研制、生产和使用必须遵从本功能需求书。

本功能需求书解释权归中国气象局综合观测司。

目录

1 总体要求 (1)

2 系统组成 (1)

2.1 探空仪 (2)

2.2 地面信号接收和处理设备 (3)

3 系统功能 (3)

3.1 探空仪 (3)

3.2 地面信号接收和处理设备 (4)

3.3 软件系统 (4)

3.3.1 放球操作 (5)

3.3.2 探空数据处理 (5)

4 技术性能及其指标要求 (5)

4.1 工作频段 (5)

4.2 观测范围 (6)

4.3 测量范围和最大允许误差 (6)

4.3.1 探空仪定位 (6)

4.3.2 风矢量速度 (6)

4.3.3 气温 (6)

4.3.4 相对湿度 (6)

4.3.5 气压 (6)

4.3.6 风向 (7)

4.3.7 风速 (7)

4.4 探空仪 (7)

4.4.1 结构要求 (7)

4.4.2 测量传感器 (8)

4.4.2 测风模块 (8)

4.4.3 发射机 (8)

4.4.4 数据传输速率 (9)

4.4.5 电池 (9)

4.5 地面信号接收处理设备 (9)

4.5.1 天线类型 (9)

4.5.2 天线抗风能力 (9)

4.5.3 接收灵敏度 (9)

4.5.4 电源 (9)

4.5.5 电源适应性 (9)

4.5.6 接收设备与天线距离 (9)

4.5.7 计算机 (9)

4.5.7 连续工作时间 (10)

4.6 探空仪检测箱 (10)

4.7 可靠性和维修性 (10)

4.7.1 可靠性 (10)

4.7.2 维修性 (11)

4.8 电气安全性 (11)

4.9 电磁兼容性 (11)

4.10 环境适应性 (12)

4.10.1 工作环境 (12)

4.10.2 系统贮存环境 (12)

4.10.3 运输和振动 (12)

4.11 软件系统 (13)

4.11.1动态链接库调用 (13)

4.11.2 放球操作 (15)

4.11.3 探空数据处理 (16)

5 技术文件和资料 (19)

1 总体要求

北斗-GPS高空气象观测系统应集成北斗和GPS导航双模测风体制，能够按照《常规高空气象观测业务规范》要求，完成高空气象观测任务，总体要求包括：系统能在恶劣天气环境中完成正常探空业务。

系统采用通用化、系列化、组合化设计，降低系统的复杂程度。

系统安装、调整、标定和校正方便，维修维护简便易行。

系统须选用合格的耐老化、抗腐蚀、电气绝缘的材料和元器件，材料和元器件须经过严格检验和老化筛选处理，并采用降额使用的方法提高可靠性。

系统的焊缝整齐平滑，无焊渣、气孔，铆接牢固、可靠，无歪斜、松动，连接件、紧固件无锈、无损、无松动、无变形等缺陷，结构件的表面须经涂、敷、镀等工艺程序，具有耐潮、防霉、防盐雾等性能。

系统软件设计符合相关标准要求，软件结构便于修改和维护，操作界面简明，方便使用，易于学习。

系统各部件颜色应协调，不应有影响读数和观察的缺陷。

软件系统要求运行稳定、可靠，界面直观友好，操作简便快捷，自动化程度高，允许人工介入各种处理过程，提供强大的数据恢复、备份、联网能力，输出的气象产品能够满足业务要求。数据处理方法严格遵循中国气象局的《常规高空气象观测规范》，在生成常规业务产品的基础上，满足其它业务和科研的观测数据产品需求。

2 系统组成

北斗-GPS导航卫星高空气象观测系统由北斗GPS导航测风探空仪（以下简称探空仪）、地面信号接收处理设备和探空仪检测箱三部分组成，如图1所示。其中各部分具体组成如下：

2.1 探空仪

探空仪由包括北斗-GPS 信号接收和处理电路模块（测风模块）、温度和湿度测量元件、信号采集和转换模块及数字编码和调制模块（内嵌气压传感器）、发射机和电池等组成。具体如图2所示：

图1 北斗-GPS 导航卫星高空气象观测系统组成示意图

2.2 地面信号接收和处理设备

地面信号接收和处理设备包括探空仪信号接收和解调单元、导航卫星信号接收机、数据终端处理单元、传输接口、探空仪检测箱等。采用在线UPS电源与市电一起不间断供电。其组成用图3表示。

其中，探空仪检测箱所采用的温度和湿度标准器为铂电阻通风干湿表，气压标准器采用硅压阻压力传感器。检测箱用电机带动风扇形成气流循环，为保证测试室温度、湿度的稳定性和均匀性，整个风道为上下型回流式风洞结构，其测试室和湿度控制室分别置于环形通风道的上、下面。

3 系统功能

3.1 探空仪

3.1.1 温湿度测量。探空仪温湿度测量元件安装在探空仪盒体伸出的支架上，温度、湿度测量元件的测量数据通过数据采集模块应能转换为数字信号送至信号编码调制模块。

3.1.2 气压测量。北斗-GPS导航卫星高空气象观测系统主要采用卫星定位测量高度反算气压，为满足用户精细化探测的需求，搭载气压传感器，同步从地面至100hPa进行观测。

3.1.3 探空仪校准信息。存储于探空仪的器件中，并在地面基测时传送给地面接收终端。