一种高空云粒子图像的地面接收装置及使用方法

本发明属于云微物理参数测量，尤其涉及一种高空云粒子图像的地面接收装置及使用方法。

背景技术：

1、云粒子微物理参数的精准测量对天气预测、气候研究及人工影响天气等领域至关重要。目前，云粒子探测主要依赖飞机搭载设备进行穿云观测，但该方法成本高昂且受限于航线规划，难以在雷暴、台风等高危天气中应用。为此，开发搭载于无人机或探空气球的轻量型云粒子探测器成为重要研究方向，其具有体积小、功耗低、机动性强等优势，可弥补传统探测手段的不足。

2、现有技术的探测器在高空作业后因气球爆炸或设备损毁难以回收，需依赖地面接收装置实时获取数据。传统气球探空多采用l波段雷达进行数据接收，但其体积庞大、功耗高，且需固定站点部署，无法满足野外机动作业需求。

3、为此，提出一种高空云粒子图像的地面接收装置及使用方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高空云粒子图像的地面接收装置及使用方法，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种高空云粒子图像的地面接收装置，包括：接收天线，所述接收天线通过固定组件可拆卸连接在接收器盒子的顶端，所述接收器盒子内设置有接收器，所述接收器与所述接收天线信号连接，所述接收器盒子固定安装在扫描云台的活动端，所述扫描云台固定在地面上。

4、在本发明的高空云粒子图像的地面接收装置中，所述固定组件包括天线安装座，所述天线安装座上开设有方形安装孔，所述方形安装孔内穿设有天线支撑杆，所述接收天线固接在所述天线支撑杆上，所述天线安装座的外侧壁上螺纹连接有锁紧套筒，所述锁紧套筒用于将所述天线安装座与所述天线支撑杆锁紧。

5、在本发明的高空云粒子图像的地面接收装置中，所述扫描云台固定安装在支撑底座上，所述支撑底座固定在地面上。

6、在本发明的高空云粒子图像的地面接收装置中，所述天线安装座上设置有电控箱，所述电控箱通过电源线接口以及信号线接口与所述接收器以及所述扫描云台电性连接。

7、一种高空云粒子图像的地面接收装置的使用方法，基于所述的高空云粒子图像的地面接收装置，包括以下步骤：

8、获取地面接收装置的经纬度信息和探空分系统的经纬度信息；根据地面接收装置的经纬度信息以及探空分系统的经纬度信息，计算地面接收装置的经度与探空分系统的经度之间的差值；根据地面接收装置与探空分系统之间的经纬度差值获取地面接收装置与探空分系统东西方向的投影长度和南北方向的投影长度；根据地面接收装置与探空分系统东西方向的投影长度和南北方向的投影长度获取方位角，扫描云台根据获取的方位角调节角度，使接收天线指向探空分系统；接收天线获取探空分系统发射的图像信息。

9、在本发明的高空云粒子图像的地面接收装置的使用方法中，接收天线获取探空分系统发射的图像信息之前，探空分系统对图像进行前置处理。

10、在本发明的高空云粒子图像的地面接收装置的使用方法中，探空分系统对图像进行前置处理的步骤如下：

11、通过探空分系统获取云粒子图像；获取云粒子图像的像素范围分布数据，以0-64像素值的总数量为分母，将像素值从0对应的像素数量开始向高灰度值对应的像素数量进行累加作为分子，获得像素范围分布比例；以比例为0.3对应的像素值作为dark，以比例为0.95对应的像素值作为bright，以0-64像素值中像素数量最大值对应的灰度值作为peak，根据peak值与bright值获取动态阈值；遍历云粒子图像，获取每个窗口的像素均值；将像素均值与动态阈值比较，像素均值大于动态阈值，保留窗口坐标与内部像素值，像素均值小于动态阈值，丢弃窗口，继续滑动；云粒子图像遍历完成，将云粒子图像所有的窗口坐标与对应的像素值进行编码，通过信号发射器向地面接收装置发送。

12、在本发明的高空云粒子图像的地面接收装置的使用方法中，探空分系统获取云粒子图像后，输出像素为10bit，将10bit图像截去低2位，保留高8位数据，使像素值范围在0-255之间。

13、在本发明的高空云粒子图像的地面接收装置的使用方法中，云粒子图像的像素范围分布数据包括各像素值对应的像素数量以及0-64像素值的总数量。

14、在本发明的高空云粒子图像的地面接收装置的使用方法中，使用5×5滑动窗口遍历图像。

15、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

16、本发明的装置在使用时，将扫描云台固定在地面上，将接收天线通过固定组件安装在接收器盒子的顶端，通过调节扫描云台的角度使接收天线指向探空分系统，接收天线接收探空分系统发出的图像信息。

17、本发明的装置体积小巧，组装方便，操作简单，可实现轻量型云粒子现场测量系统采集数据的远距离无线传输。

1.一种高空云粒子图像的地面接收装置，其特征在于，包括：接收天线(1)，所述接收天线(1)通过固定组件可拆卸连接在接收器盒子(5)的顶端，所述接收器盒子(5)内设置有接收器，所述接收器与所述接收天线(1)信号连接，所述接收器盒子(5)固定安装在扫描云台(6)的活动端，所述扫描云台(6)固定在地面上。

2.根据权利要求1所述的一种高空云粒子图像的地面接收装置，其特征在于：所述固定组件包括天线安装座(3)，所述天线安装座(3)上开设有方形安装孔(12)，所述方形安装孔(12)内穿设有天线支撑杆(2)，所述接收天线(1)固接在所述天线支撑杆(2)上，所述天线安装座(3)的外侧壁上螺纹连接有锁紧套筒(4)，所述锁紧套筒(4)用于将所述天线安装座(3)与所述天线支撑杆(2)锁紧。

3.根据权利要求1所述的一种高空云粒子图像的地面接收装置，其特征在于：所述扫描云台(6)固定安装在支撑底座(8)上，所述支撑底座(8)固定在地面上。

4.根据权利要求2所述的一种高空云粒子图像的地面接收装置，其特征在于：所述天线安装座(3)上设置有电控箱(7)，所述电控箱(7)通过电源线接口(9)以及信号线接口(10)与所述接收器以及所述扫描云台(6)电性连接。

5.一种高空云粒子图像的地面接收装置的使用方法，基于权利要求1-4任一项所述的高空云粒子图像的地面接收装置，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种高空云粒子图像的地面接收装置的使用方法，其特征在于，接收天线(1)获取探空分系统发射的图像信息之前，探空分系统对图像进行前置处理。

7.根据权利要求6所述的一种高空云粒子图像的地面接收装置的使用方法，其特征在于，探空分系统对图像进行前置处理的步骤如下：

8.根据权利要求7所述的一种高空云粒子图像的地面接收装置的使用方法，其特征在于，探空分系统获取云粒子图像后，输出像素为10bit，将10bit图像截去低2位，保留高8位数据，使像素值范围在0-255之间。

9.根据权利要求7所述的一种高空云粒子图像的地面接收装置的使用方法，其特征在于，云粒子图像的像素范围分布数据包括各像素值对应的像素数量以及0-64像素值的总数量。

10.根据权利要求7所述的一种高空云粒子图像的地面接收装置的使用方法，其特征在于，使用5×5滑动窗口遍历图像。