申请/专利权人：中国科学院大气物理研究所

申请日：2017-12-20

公开（公告）日：2024-02-27

公开（公告）号：CN107843775B

主分类号：G01R29/08

分类号：G01R29/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.27#授权;2018.04.20#实质审查的生效;2018.03.27#公开

摘要：本发明涉及一种姿态可感知雷暴云三维电场探空仪，由三维电场探空仪、地面数据接收分析仪。三维电场探空仪装有三轴姿态传感器，对雷暴云内电场探测的过程中，同步探测探空仪的姿态。数据回传至地面，地面数据接收分析仪接收解调，解析得到探空仪的姿态信息，根据探空仪三维姿态数据对探测资料进行矢量分解得到探空轨迹上的垂直和水平电场分量，根据高斯公式计算云内电荷密度分布，实现探空路径上的三维矢量电场探测。三维电场探空仪、地面数据接收分析仪可以构成独立工作的设备，还可以与地面大气电场仪和卫星结合组成雷暴云探空系统，通过卫星定位和时间同步，获得雷暴云内及地面不用区域的电场同步观测结果，对数据统计回归分析，建立数学模型，揭示雷电发生、发展过程。

主权项：1.一种姿态可感知雷暴云三维电场探空仪，包括三维电场探空仪（1）、地面数据接收分析仪（2），其特征在于：所述的三维电场探空仪（1）主要由转轴（5）、电荷传感器（6）、三轴姿态传感器（7）、GPS天线（8）、温度传感器（9）、无线通讯模块（10）、转轴传动装置（11）、发射单元（12）组成；转轴（5）呈水平状态，电荷传感器（6）为两个大小和重量相等的空心金属球，上下对称安装在转轴（5）的中部，转轴（5）为空心的玻璃钢管，三轴姿态传感器（7）安装在转轴（5）内对应两个电荷传感器（6）球体中心连线处，三轴姿态传感器（7）的X轴与两个电荷传感器（6）球体中心连线平行，Y轴与转轴（5）空心管中心平行，Z轴垂直两个电荷传感器（6）球体中心连线；GPS天线（8）为全向接收四臂螺旋天线，横置安装在转轴（5）内中心的一侧，温度传感器（9）和无线通讯模块（10）安装在转轴（5）内中心的另一侧，转轴（5）的一端设有转轴传动装置（11），另一端设有舵机控制器（13），所述的转轴传动装置（11）和舵机控制器（13）外侧安装叶片（14），叶片（14）的平面与垂线的倾斜角α为15°～75°。

全文数据：姿态可感知雷暴云三维电场探空仪技术领域[0001]本发明涉及一种姿态可感知雷暴云三维电场探空仪，属于雷电探测领域，特别涉及可对雷暴云内电场强度进行穿云探测设备。背景技术[0002]^雷暴云内部电荷分布通常被认为是三极型电荷分布结构或偶极型电荷分布结构。雷暴云底部正电荷区的分布、电荷密度都对地闪和云闪的产生起了关键作用，对闪电放电类型的影响也起着主导作用。雷暴云内电荷结构、电荷密度分布、及其随雷暴过程发展的演变研宄，对揭示雷电发生、发展过程物理机制有着重要的科学意义。[0003]雷暴云电荷结构的研究一直是大气电学领域的一个重要方向。早在20世纪初，WilsonC.T.R•和SimpsonG.C•就通过遥感的手段，建立了雷暴云内垂直分布的偶极性电荷结构模型，但这种方法只能针对一次闪电放电过程所中和雷暴云内电荷等效的中心区域探测，而无法完整地探测雷暴云电荷结构。而利用气球、火箭等运载工具携带电场探空传感器，直接测量雷暴云内电场强度的穿云电场探测弥补遥感探测的不足，能够真实直观地反映雷暴云内的电场与电荷分布，成为雷暴电荷结构研究有效的探测手段。[0004]现有技术的电场探空仪就是一种穿云电场探测设备，将两个大小一致的金属导体球对称安装在一个水平旋转轴上，作为电荷传感器，中间通过电荷积分放大电路将两球连接。在外部的环境电场中，两球由于极化作用产生极性相反的等量电荷，在外部电场不变的情况下旋转两球使得极化电荷发生转移，通过连接两球的电荷积分放大电路即可测量出两球间转移的电荷量大小。在电场环境中，电场探空仪的旋转使球上的极化电荷转移的大小，与电场强度以及探空仪与电场方向的夹角有关。由于现有技术三维电场探空仪，电荷传感器是沿水平旋转轴设置的对称双球，而在电场环境中，仅利用了双球旋转一周得到探测数据的峰值，只能测出垂直方向旋转平面上电场强度的大小。在探空仪上升的过程中，上升气流使探空仪自身左右摇摆或无规律的旋转，探空仪的姿态相对于电场方向和夹角也无规律地变化，双球电荷传感器使得探测的电场强度信号也随之变化，测得的电场强度产生较大的误差，反演得到垂直电场和水平电场强度信息误差难以修正，无法直接获取电场的垂直和水平分量无电场的方向信息，电场数据处理结果的时间分辨率较低，不能满足大气电学领域雷暴电荷结构研宄的需要。[0005]以上所述的电场探空仪，由电场探空仪和地面接收演算分析系统构成，只能得到探空路径上单一的云内电荷密度分布，不能形成一个完整雷暴云探测体系，电场数据处理结果的时间分辨率较低，无法准确、完整地揭不暴云内电荷结构、电荷密度分布、及其随雷暴的演变过程，制约了对雷电发生、发展过程物理机制的研究。发明内容[0006]本发明的目的是提供一种姿态可感知雷暴云三维电场探空仪。三维电场探空仪可以探测上升过程中的姿态，在对雷暴云内电场探测的过程中，通过三轴磁场传感器、加速度传感器、GPS定位模块和温度传感器，对地磁和重力加速度的测量，对探空伩姿态、经炜度及闻度同步探测，实现探空路径上的三维矢量电场、温度等物理量的同步综合探测。三维电场探空仪为一个穿云电场探测设备，结合地面数据接收分析仪，实现探空数据的无线实时回传存储。运用雷暴云三维电场探空资料的演算分析系统处理，对探测结果三维解算，实现雷暴石内电场的二维探测。建立雷暴石探空系统，开展三维电场探空实验，结合地面大气电场仪，多个三维电场探空仪分时段间隔释放，通过时间同步，实现同一时间点地面及雷暴云内不同区域的电场同步观测结果，建立精细的雷暴云内电荷结构模型。本发明的有益效果是：弥补了传统电场探空仪不能直接获取电场矢量信息、时间分辨率低的缺陷，获取高精度、高时空分辨率的电场探测结果，实现探测路径上三维电场探测。建立雷暴云探空系统，构成探空实验平台，为分析雷暴云电荷结构、电荷密度分布及其随雷暴云发展的演变过程提供了重要的观测资料。[0007]本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：姿态可感知雷暴云三维电场探空仪，包括三维电场探空仪1、地面数据接收分析仪2。三维电场探空仪1和地面数据接收分析仪2构成可独立工作的设备。所述的三维电场探空仪1主要由转轴5、电荷传感器6、三轴姿态传感器7、GPS天线S、温度传感器9、无线通讯模块1〇、转轴传动装置n、发射单元12组成。电荷传感器6为两个大小和重量相等的空心金属球，对称安装在转轴5的中部，转轴5为空心的玻璃钢管，三轴姿态传感器7安装在转轴5内对应两个电荷传感器6球体中心连线处，三轴姿态传感器7的X轴与两个电荷传感器6球体中心连线平行，Y轴与转轴5空心管中心平行，Z轴垂直两个电荷传感器6球体中心连线，该传感器可测量地磁强度和加速度，可实时获取XYZ三轴矢量的地磁场和重力加速度，从而获取三维电场探空仪旋转时的三轴姿态。GPS天线8为全向接收四臂螺旋天线，横置安装在转轴5内中心的一侧，保证探空仪在旋转的过程中GPS能够始终接收到卫星信号用于定位跟踪探空仪运动轨迹。温度传感器9和无线通讯模块10安装在转轴5内中心的另一侧，转轴5的一端设有转轴传动装置11，另一端设有舵机控制器13。[000S]所述的两个电荷传感器6,一个空心球内设置由单片机控制的电荷积分放大电路、三轴姿态处理转换电路、温度传感转换电路、GPS定位模块，另一个空心球内设置发射单元12和为这些电路提供电源的电池仓，电池仓内加装保温材料，并留有放置辅助发热源的空间，电源采用两组双芯锂电池供电，构成±7.2V的双路电源为传感器的模拟器件供电，双路电源的正压输出经稳压后输出5V电压为数字芯片供电；探测的电荷信号、三维姿态与方位数据、温度数据，经过AD转换器转换为数字信号，经过信号调制器调制由发射单元12发射。[0009]所述的转轴传动装置11，由直流减速机和电池仓组成，发射单元12由信号调制器、发射机和电池仓组成。电池仓内加装保温材料，并留有放置辅助发热源的空间。转轴5与转轴传动装置11和舵机控制器13连接处设有轴承，在转轴传动装置11和舵机控制器13处采用挂绳15与上升动力相连，挂绳15采用尼龙绳，尼龙绳的表面喷涂防水粘连介质，在挂绳15的上部与动力之间设有旋转铰16,挂绳15与上面的动力采用转动连接。转轴传动装置11和舵机控制器13外侧安装叶片14,叶片14的平面与垂线的倾斜角a为15°〜75°，三维电场探空仪1在上升过程中在叶片14的作用下，沿垂直轴线方向水平旋转，调整叶片14的倾斜角a，可以调整三维电场探空仪1的水平旋转转速，倾斜角a由三轴姿态传感器7的一个陀螺仪测量现有水平旋转的速度，与预设值作比较，利用PID算法控制叶片，调节信号通过无线通讯模块10传输给舵机控制器I3,由舵机驱动调节叶片14的倾斜角，舵机分别安装在转轴5的两端的转轴传动装置11和舵机控制器I3的仓盒内，两侧的叶片14同步调节倾斜角。[0010]所述的三维电场探空仪1、地面数据接收分析仪2构成独立工作的设备，可以与地面大气电场仪3和卫星4结合组成雷暴云探空系统，雷暴云探空系统由至少一个三维电场探空仪1、至少一个地面数据接收分析仪2、至少一个地面大气电场仪3和卫星4组成。三维电场探空仪1上的GPS定位模块测定三维电场探空仪1在空中的位置，三维电场探空仪丨探测的雷暴云电场强度数据，回传至地面数据接收分析仪2，地面大气电场仪3探测的地面电场强度，通过互联网络传输到地面数据接收分析仪2，卫星4对雷暴云探空系统实现GPS定位，地面数据接收分析仪2得到实时同步的雷暴z?和地面电场强度。[0011]两个金属导体球上下对称安装，中间由电荷积分电路连接，在垂直方向的电场下两球上产生极性相反的等量极化电荷。环境电场不变，通过旋转中间的转轴，改变两球的上下位置即可使球上的极化电荷发生改变而产生电荷转移，测量两球间转移的电荷量大小即可计算出环境电场的强度。三维电场探空仪1就是根据这个原理探测周围的电场的。三维电场探空仪1采用挂绳I5悬挂在气球下，转轴5呈水平状态，两个电荷传感器6对称安装在转轴5上，转轴5在转轴传动装置11驱动下沿水平轴纵向匀速转动，连接两个电荷传感器6探测到的电荷通过电荷积分放大电路输出极性相反的等量极化电荷，得到垂直电场分量，根据高斯公式即可反演得到云内电荷分布的垂直分布特征。三维电场探空仪i在气球的带动下上升，穿越雷暴云，即可探测不同高度云层中的电场强度。安装在转轴传动装置U和舵机控制器I3外侧的叶片14,在三维电场探空仪1上升过程中，在气流的的作用下，沿垂直轴线方向水干旋转，电荷积分放大电路输出水平电场分量，根据尚斯公式即可反演得到云内电荷分布的水平分布特征。电荷传感器6呈螺旋线上升，安装在电荷传感器6球体中心连线处的三轴姿态传感器7,同步探测的三轴磁场、加速度传感器数据，同电荷数据经过AD转换成数字信号，调制后通过发射机回传至地面，地面数据接收分析仪2接收到信号，解调后送入雷暴云三维电场探空资料分析系统的处理，解析得到探空仪的姿态信息，根据探空仪三维姿态数据对探测资料进行矢量分解得到探空轨迹上的垂直电场信息，同时通过反演得到水平电场信息，根据高斯公式计算探空路径上云内电荷密度分布。[0012]由二台或二台以上三维电场探空仪、与之数量配套的地面数据接收分析仪或多通道接收分析单元、多台地面大气电场仪，组成雷暴云探测网，间隔释放多个电场探空设备，通过卫星GPS对二维电场抹空仪定位，获得雷暴石'内不用区域及地面不同地区的电场同步观测结果，为分析研究雷暴云电荷结构、电荷密度分布及其随雷暴云发展的演变过程提供重要的观测资料。建立雷暴云探空系统，构建探空实验平台，通过对数据的统计回归分析，建立数学模型，揭示和研究雷电发生、发展过程物理机制。附图说明[0013]图1为本发明的雷暴云探空系统示意图；图2为本发明三维电场探空仪正视图；图3为本发明三维电场探空仪侧视图。具体实施方式[0014]本发明的姿态可感知雷暴云三维电场探空仪示意图见图1，包括三维电场探空伩1、地面数据接收分析仪2、地面大气电场仪3、卫星4。三维电场探空仪1和地面数据接收分析仪2构成可独立工作的设备。[0015]三维电场探空仪1正视图见图2,侧视图见图3。三维电场探空仪1主要由转轴5、电荷传感器6、三轴姿态传感器7、GPS天线8、温度传感器9、无线通讯模块10、转轴传动装置11、发射单元I2组成。电荷传感器6为两个大小和重量相等的空心金属球，对称安装在转轴5的中部，转轴5为空心的玻璃钢管。两个金属导体球上下对称安装，中间由电荷积分电路连接，在垂直方向的电场下两球上产生极性相反的等量极化电荷。环境电场不变，通过旋转中间的旋转轴，改变两球的上下位置即可使球上的极化电荷发生改变而产生电荷转移，测量两球间转移的电荷量大小即可计算出环境电场的强度。玻璃钢管具有良好的电绝缘性能，空心可以在玻璃钢内安装传感器。三轴姿态传感器7安装在转轴5内对应两个电荷传感器6球体中心连线处，三轴姿态传感器7的X轴与两个电荷传感器6球体中心连线平行，Y轴与转轴5空心管中心平行，Z轴垂直两个电荷传感器6球体中心连线，该传感器可测量地磁强度和加速度，可实时获取XYZ三轴矢量的地磁场和重力加速度，从而获取三维电场探空仪旋转时的三轴姿态。三轴姿态传感器是基于MEMS技术的高性能三维运动姿态测量器件，它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM处理器得到经过温度补偿的三维姿态与方位等数据。[0016]考虑雷暴云内强电场、强电磁辐射的工作环境，需对探空仪进行电磁防护，保证其工作的可靠性，信号采集处理单元以及供电模块均安装于双球金属球壳内，球壳与测量电路的电源地相连从而起到屏蔽的保护作用，最大限度避免雷暴云中放电过程的强电磁辐射对测量电路造成的影响。两个电荷传感器6，一个空心球内设置由单片机控制的电荷积分放大电路、三轴姿态处理转换电路、温度传感转换电路、GPS定位模块，另一个空心球内设置发射单元12和为这些电路提供电源的电池仓。而三轴姿态传感器7、GPS天线8、温度传感器9、无线通讯模块10需要接收或传输信号，不能安装在双球内。由于传统的GPS接收使用的陶瓷天线方向图是向上全天空的，而由于电场探空仪旋转的工作方式使传统GPS接收天线无法保持向上的接收方向，因此，三维电场探空仪1的GPS天线8米用全向接收四臂螺旋天线，横置安装在转轴5内中心的一侧，保证探空仪在旋转的过程中GPS能够始终接收到卫星信号用于定位跟踪探空仪运动轨迹。温度传感器9和无线通讯模块10安装在转轴5内中心的另一侧，温度传感器9的感温探头露出转轴5的管壁，用环氧树脂胶封装以防漏水。[0017]考虑到锂电池无法在低温环境中正常工作，并且锂电池在放电过程中自发热较低，而探空仪设计工作环境温度最低可达-5TC，因此，在电池仓内加装保温材料，并留有放置辅助发热源的空间。在施放探空仪前电池仓加入三氧化二铁材料作为辅助发热源，三氧化二铁可与空气中的氧气发生化学反应变为四氧化三铁释放热量，此过程缓慢且持久，能够满足保持电池仓内温度的需要，该发热装置重量轻，不需要消耗额外的电力，适合在电场探空仪中使用。电源采用两组双芯锂电池供电，构成±7•2V的双路电源为传感器的模拟器件供电，双路电源的正压输出经稳压后输出5V电压为数字芯片供电；传感器探测的电荷信号、三维姿态与方位数据、温度数据，经过AD转换器转换成数字信号。发射单元12采用频移键控FSK调制的方式进行信号调制，将二进制数据转换成FSK信号，经过调制的信号由发射机发射，采用403MHz气象探空专用频段进行无线通讯实时传输探空数据，地面接收后反过来再将接收到的FSK信号解调成二进制数据。[0018]转轴5的一端设有转轴传动装置11，另一端设有舵机控制器13。转轴传动装置11，由直流减速机和电池仓减速机组成，电池仓内加装保温材料，并留有放置辅助发热源的空间。[0019]转轴5与转轴传动装置11和舵机控制器13连接处设有轴承，在转轴传动装置11和舵机控制器13处采用挂绳15与上升动力相连，挂绳15采用尼龙绳，两侧的挂绳15长短应一致，保证转轴5呈水平状态。尼龙绳的表面喷涂防水粘连介质，可以避免尼龙绳表面凝结水珠造成尖端放电。[0020]在转轴传动装置11和舵机控制器13外侧安装叶片14,叶片14的平面与垂线的倾斜角a为15°〜75°，三维电场探空仪1在上升过程中在叶片14的作用下，沿垂直轴线方向水平旋转，调整叶片14的倾斜角a，可以调整三维电场探空仪1的水平旋转转速。倾斜角a由三轴姿态传感器7的一个陀螺仪测量现有水平旋转的速度，与预设值作比较，利用PID算法控制叶片，调节信号通过无线通讯模块10传输给舵机控制器13，由舵机驱动调节叶片14的倾斜角，舵机分别安装在转轴5的两端的转轴传动装置11和舵机控制器13的仓盒内，两侧的叶片14同步调节倾斜角。三维电场探空仪1初始状态两端叶片14呈45°倾斜角，开始上升时陀螺仪测得三维电场探空仪1的水平旋转转速，再由单片机控制叶片14从倾斜角15°到75°，测定不同倾斜角对应的转速，自动选取转速的中间值作为预设值，控制对应的倾斜角，上升过程中转速变化，舵机控制器控制叶片14的倾斜角调整转速，使得三维电场探空仪1的水平旋转转速基本恒定，这个转速作为解算和修正水平电场分量的数据。[0021]如直接将挂绳15悬挂在气球下面，探空仪在叶片14作用下旋转，挂绳15的两根尼龙绳会发生扭结，当扭结到一定程度迫使气球随之旋转或尼龙绳反向松弛扭结，探空仪的旋转受到阻力，使得旋转速度不均匀，不利于对回传信号的解算和修正。三维电场探空仪1的水平旋转的速度，与叶片14的倾斜角和探空仪上升速度有关，当叶片14的倾斜角一定时，旋转速度与上升速度为一恒定值，由此测得的电场强度解算和修正更加精确。探空仪的旋转在离心力的作用下，产生气流整流效果，探空仪在上升过程中更加稳定。[0022]进行雷暴云电场探空实验时，可利用气象雷达的实时探测资料外推预测雷暴云发展趋势，识别雷暴云的上升气流区，以确定合适的电场探空气球释放时机。三维电场探空仪1在上升过程中，电荷传感器6沿转轴5纵向旋转，测得垂直的电场分量，三维电场探空仪丄沿垂直轴的水平旋转，使得三维电场探空仪1可测量各个方向上的水平电场分量，最终结合垂直电场测量结果，三轴姿态传感器7同步测得三维电场探空仪1的姿态，即可获取探空路径上的三维电场强度信息。[0023]初始状态两端叶片14呈45°倾斜角，在上升气流的作用下使探空仪绕垂直轴方向旋转一周的周期约为8s，即旋转频率约为〇•l25Hz。三维电场探空仪1探测大气电场的频率控制在2_5HZ，转轴5的旋转一周0.4秒。考虑到雷暴云内最大电场强度有可能超过100kVm的情况，三维电场探空仪1设计电场探测范围为±200kVm，同时还可根据电场探空实验的结果进行调整。探空仪对电场传感器输出的信号进行14bit垂直测量分辨率的测量，电场测量的最小分辨率为25Vm，信号采样率为20Hz。[00^4]地面数据接收分析仪2由信号接收、解调、存储、解算、分析单元组成，接收单元采用高灵敏度无线电接收机配合高增益天线接收探空仪回传的信号，经FSK解调模块解码成数字信号，由数据接收存储单元存储。为减小长距离数据传输的误码率，传输波特率设计采用1200bps，该波特率能够保证信号传输的可靠性，同时还可以满足数据回传速率的需要。解算、分析单元采用专门开发的雷暴云三维电场探空资料分析处理系统，根据与电场信号同步探测的三轴磁场数据、加速度数据，解析得到探空仪的姿态信息，可避免探空仪在上升过程中旋转轴倾斜对电场测量结果造成的影响，提高电场探测结果的测量精度。探空资料分析处理系统对探测资料进行矢量分解，得到探空轨迹上的垂直电场信息，同时通过反演得到水平电场信息，根据高斯公式计算探空路径上云内电荷密度分布。运用雷暴云三维电场探空资料的处理分析方法，根据传感器输出的每个周期信号，对电场结果沿垂直方向和水平方向分解，计算得到用于分析云内电荷结构的垂直和水平电场分量。探空资料分析处理系统采用三维电场分析方法，大幅提高了电场探空伩电场探测数据的空间分辨率，数据时间间隔可小于0•5s，得到高精度、高时空分辨率测量的雷暴云内场分布情况。[0025]三维电场探空伩1和地面数据接收分析仪2可以构成独立工作的设备，三维电场探空伩1、地面数据接收分析伩2构成独立工作的设备，可以与地面大气电场仪3和卫星4结合组成雷暴云探空系统。还可以升级为雷暴云探空网，雷暴云探空网由二台或二台以上三维电场探空仪1、与之数量配套的地面数据接收分析伩2或多通道接收分析单元、多台地面大气电场仪3,组成雷暴云探测网，在同一地点间隔释放多个三维电场探空伩丨，使三维电场探空仪1分布在雷暴云层不同高度，地面大气电场仪3位于雷暴云下地面不同位置，通过卫星4实现GPS定位与同步，获得同一时间点雷暴云内不用区域及地面不同地区的电场同步观测结果，建立精细的雷暴云内电荷结构模型，为分析研宄雷暴云电荷结构、电荷密度分布及其随雷暴云发展的演变过程提供重要的观测资料，建立雷暴云探空系统，构建探空实验平台:通过对数据的统计回归分析，建立数学模型，揭示和研究雷电发生、发展过程物理机制。

权利要求：1.一种姿态可感知雷暴云三维电场探空仪，包括三维电场探空仪（1、地面数据接收分析仪2，其特征在于:所述的三维电场探空仪（1主要由转轴5、电荷传感器6、三轴姿态传感器⑺、GPS天线⑻、温度传感器⑼、无线通讯模块1〇、转轴传动装置11、发射单元12组成；电荷传感器⑹为两个大小和重量相等的空心金属球，对称安装在转轴5的中部，转轴5为空心的玻璃钢管，三轴姿态传感器7安装在转轴5内对应两个电荷传感器6球体中心连线处，三轴姿态传感器7的X轴与两个电荷传感器6球体中心连线平行，Y轴与转轴5空心管中心平行，Z轴垂直两个电荷传感器6球体中心连线；GPS天线8为全向接收四臂螺旋天线，横置安装在转轴5内中心的一侧，温度传感器9和无线通讯模块（10安装在转轴5内中心的另一侧，转轴5的一端设有转轴传动装置11，另一端设有舵机控制器13。2.根据权利要求1所述的姿态可感知雷暴云三维电场探空仪，其特征在于:所述的两个电荷传感器6，一个空心球内设置由单片机控制的电荷积分放大电路、三轴姿态处理转换电路、温度传感转换电路、GPS定位模块，另一个空心球内设置发射单元（12和为这些电路提供电源的电池仓，电池仓内加装保温材料，并留有放置辅助发热源的空间，电源采用两组双芯锂电池供电，构成±7.2V的双路电源为传感器的模拟器件供电，双路电源的正压输出经稳压后输出5V电压为数字芯片供电；探测的电荷信号、三维姿态与方位数据、温度数据，经过AD转换器转换为数字信号，经过信号调制器调制由发射单元a2发射。3.根据权利要求1所述的姿态可感知雷暴云三维电场探空仪，其特征在于:所述的转轴传动装置11，由直流减速机和电池仓组成，电池仓内加装保温材料，并留有放置辅助发热源的空间。4.根据权利要求1所述的姿态可感知雷暴云三维电场探空仪，其特征在于：转轴5与转轴传动装置11和舵机控制器（13连接处设有轴承，在转轴传动装置11和舵机控制器13处采用挂绳（15与上升动力相连，挂绳（15采用尼龙绳，尼龙绳的表面喷涂防水粘连介质，在挂绳（15的上部与动力之间设有旋转铰（16，挂绳（15与上面的动力采用转动连接。5.根据权利要求1所述的姿态可感知雷暴云三维电场探空仪，其特征在于:所述的转轴传动装置（11和舵机控制器（13外侧安装叶片（14，叶片（14的平面与垂线的倾斜角a为15°〜75°，三维电场探空仪1在上升过程中在叶片（14的作用下，沿垂直轴线方向水平旋转，调整叶片（14的倾斜角a，可以调整三维电场探空仪Q的水平旋转转速，倾斜角a由三轴姿态传感器7的一个陀螺仪测量现有水平旋转的速度，与预设值作比较，利用PID算法控制叶片，调节信号通过无线通讯模块10传输给舵机控制器（13，由舵机驱动调节叶片14的倾斜角，舵机分别安装在转轴5的两端的转轴传动装置（n和舵机控制器13的仓盒内，两侧的叶片14同步调节倾斜角a。6.根据权利要求1所述的姿态可感知雷暴云三维电场探空仪，其特征在于:所述的三维电场探空仪1、地面数据接收分析伩2构成独立工作的设备，可以与地面大气电场伩3和卫星4结合组成雷暴云探空系统，雷暴云探空系统由至少一个三维电场探空仪（1、至少一个地面数据接收分析仪2、至少一个地面大气电场仪3和卫星4组成，三维电场探空仪（lU的GPS定位模块测定三维电场探空仪⑴在空中的位置，三维电场探空仪⑴探测的雷暴tx电场强度数据，回传至地面数据接收分析仪2，地面大气电场仪3探测的地面电场强度，通过互联网络传输到地面数据接收分析仪2，卫星4对雷暴云探空系统实现GPS定位，地面数据接收分析仪2得到实时同步的雷暴云和地面电场强度。

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