本發(fā)明屬于臨近空間環(huán)境探測，尤其涉及一種臨近空間氣壓原位探測的誤差補償方法。

背景技術：

1、臨近空間大氣環(huán)境高精度探測對于臨近空間飛行器設計具有重要的意義，進一步的對于爭奪臨近空間戰(zhàn)略領域具有重要的意義?？栈綔y系統(tǒng)可以將探測載荷直接置于ljkj環(huán)境中，實現高精度的原位探測，能夠滿足ljkj環(huán)境的氣象參量探測需求。

2、目前主流的臨近空間原位探測分為兩種途徑，一種途徑是利用探空氣球搭載探空組件對臨近空間進行探測，這種方法可探測范圍主要集中于30km以下范圍內的臨近空間環(huán)境；另一種途徑是利用探空火箭搭載探空組件，將探空組件帶上臨近空間環(huán)境后下投布撒，在下落過程中進行環(huán)境探測。第二種方法的探測范圍根據探空火箭的能力，最高可以覆蓋整個臨近空間高度。在探空組件下落過程中，由于下落速度快，探空組件下落過程中的相對氣流以及探空組件表面與空氣摩擦產生的氣動熱對探空組件內部的氣壓傳感器造成探測誤差。

3、目前臨近空間氣壓原位測量常常采用壓阻式氣壓傳感器、皮拉尼式氣壓傳感器或諧振式氣壓傳感器。壓阻式氣壓傳感器量程較小，精度受溫度影響較大，長期穩(wěn)定性較差；皮拉尼式氣壓傳感器雖然適合真空系統(tǒng)監(jiān)測但它的響應速度較慢，功耗較高；諧振式氣壓傳感器具有極高的精度和穩(wěn)定性，抗干擾能力強，且能夠實現數字化輸出，便于集成到現代電子系統(tǒng)中，尤其適合高精度氣壓測量和長期監(jiān)測。然而諧振式氣壓傳感器對于溫度變化具有一定的敏感性，同時外部應力同樣對諧振式傳感器造成一定的測量誤差。

4、目前臨近空間原位氣壓探測主要是利用探空氣球攜帶探空組件進行原位探測，采用探空火箭進行下投式探測可以有效提升氣壓原位探測的測量高度范圍。

5、臨近空間原位氣壓探測包括氣動熱、高速氣流造成的壓力變化在內的多種干擾因素，目前大部分臨近空間氣壓原位測量僅考慮高速氣流造成的壓力變化，缺乏干擾因素的綜合分析，使得臨近空間氣壓測量的誤差較大。

技術實現思路

1、針對現有技術中的上述不足，本發(fā)明提供的一種臨近空間氣壓原位探測的誤差補償方法，本發(fā)明根據空氣動力學理論及熱力學理論，通過對探空組件內部氣流場的仿真分析，獲得氣壓傳感器在探空組件內的誤差補償模型，采用臨空飛艇平臺或臨空火箭平臺進行探空組件的投放，采集臨近空間的氣壓數據，同步采集大氣環(huán)境參數數據，并根據誤差補償模型，對氣壓傳感器實際測量數據進行補償。

2、為了達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種臨近空間氣壓原位探測的誤差補償方法，包括以下步驟：

3、s1、確定探空組件下落過程中速度隨高度的變化曲線；

4、s2、對探空組件外部流場進行建模；

5、s3、構建氣壓傳感器布置點位溫度換算模型；

6、s4、基于氣壓傳感器在內部流場的位置、s2的建模結果以及熱流場模型，構建氣壓傳感器的誤差計算模型；

7、s5、獲取臨近空間的氣壓測量數據和環(huán)境測量數據；

8、s6、根據環(huán)境參數原位測量數據，利用誤差計算模型對臨近空間原位氣壓測量數據進補償，得到臨近空間氣壓測量誤差，完成對臨近空間氣壓原位探測的誤差補償。

9、進一步地，所述s1具體為：

10、根據探空組件的預期初始下落高度以及初始速度，進行動分學分析，得到探空組件下落過程中速度隨高度的變化曲線。

11、再進一步地，所述s2具體為：

12、對探空組件外部流場進行建模，對探空組件外部氣流場以及熱流場進行分析，獲取探空組件內部與外界壓力交換的氣流通孔位置的氣體流速、溫度以及氣壓。

13、再進一步地，所述s3中氣壓傳感器布置點位溫度換算模型的表達式如下：

14、

15、其中，tp表示氣壓傳感器布置點位的絕對溫度，t1和t2分別表示迎風面尖端溫度傳感器數據及側壁溫度傳感器數據，ω1和ω2均表示權重系數。

16、再進一步地，所述s4中氣壓傳感器的誤差計算模型的表達式如下：

17、

18、其中，q表示氣壓測量誤差，p1表示氣壓傳感器直接獲取的氣壓數值，r表示氣體常數，tp表示氣體的絕對溫度，v表示探空組件與氣流的相對速度，ωv表示探空組件與氣流的相對速度與氣壓傳感器布置點位氣流流速之間的換算權重。

19、再進一步地，所述s6中臨近空間氣壓測量誤差的表達式如下：

20、p＝p1-q

21、其中，p表示臨近空間氣壓測量誤差，p1表示氣壓傳感器直接獲取的氣壓數值，q表示氣壓測量誤差。

22、本發(fā)明的有益效果：

23、(1)本發(fā)明的一種臨近空間氣壓原位探測的誤差補償方法，采用探空火箭、臨空飛艇、探空氣球等多種類型的臨空平臺攜帶探空組件進行臨近空間氣壓原位探測，具有機動控制、帶載能力強、探測高度高、浮空時間中等的優(yōu)勢，擴大臨近空間氣壓參數的探測范圍。

24、(2)本發(fā)明的一種臨近空間氣壓原位探測的誤差補償方法，采用氣壓傳感器(諧振式氣壓傳感器)，具有線性度好、測量精度高、量程大的優(yōu)勢，擴大臨近空間氣壓參數的探測范圍。

25、(3)本發(fā)明的一種臨近空間氣壓原位探測的誤差補償方法，通過模擬分析探空組件在下落過程中氣動熱以及空氣流場的影響，獲取諧振式氣壓傳感器的誤差補償模型，減小探空組件高速下落對氣壓傳感器的測量氣壓的影響。

26、(4)本發(fā)明的一種臨近空間氣壓原位探測的誤差補償方法，通過探空組件攜帶的傳感器原位采集溫度、空氣流速、海拔高度，作為誤差補償模型的輸入參數，實現臨近空間原位氣壓測量的誤差補償，得到更接近實際的臨近空間氣壓值。

技術特征：

1.一種臨近空間氣壓原位探測的誤差補償方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的臨近空間氣壓原位探測的誤差補償方法，其特征在于，所述s1具體為：

3.根據權利要求1所述的臨近空間氣壓原位探測的誤差補償方法，其特征在于，所述s2具體為：

4.根據權利要求1所述的臨近空間氣壓原位探測的誤差補償方法，其特征在于，所述s3中氣壓傳感器布置點位溫度換算模型的表達式如下：

5.根據權利要求1所述的臨近空間氣壓原位探測的誤差補償方法，其特征在于，所述s4中氣壓傳感器的誤差計算模型的表達式如下：

6.根據權利要求1所述的臨近空間氣壓原位探測的誤差補償方法，其特征在于，所述s6中臨近空間氣壓測量誤差的表達式如下：

技術總結
本發(fā)明提供了一種臨近空間氣壓原位探測的誤差補償方法，屬于臨近空間環(huán)境探測技術領域，包括確定探空組件下落過程中速度隨高度的變化曲線；對探空組件外部流場進行建模，對探空組件外部氣流場以及熱流場進行分析；構建氣壓傳感器布置點位溫度換算模型；基于氣壓傳感器在內部流場的位置、分析結果以及熱流場模型，構建氣壓傳感器的誤差計算模型；獲取臨近空間的氣壓測量數據和環(huán)境測量數據；根據環(huán)境參數原位測量數據，利用誤差計算模型對臨近空間原位氣壓測量數據進補償，得到臨近空間氣壓測量誤差。本發(fā)明解決了高速下落式探空組件環(huán)境氣壓測不準的問題。

技術研發(fā)人員：胡純,陳經昊,鄭德智,陳敏澤,劉文峰
受保護的技術使用者：北京理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15