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摘 要：空中风测量技术在在实际观测中按照其观测原理的不同可以分为气球观测法、风廓线雷达观测法、无人机观测法等三种方法。本文对三种空中风测量技术方法进行了比较和分析，同时阐述了其各自的优点与缺点，希望能够给相关风测量技术研究者借鉴和参考。
关键词：风测量；探测性能；对比分析
1 前言
在高空气象探测中风测量技术是非常重要的应用领域。在空中进行风测量主要借助于精密的仪器对靠近地面的自由大气风场情况测量，按照其测量原理的不同，主要可以分为气球观测法、风廓线雷达观测法以及无人机观测法三种。我们在分析三种观测法优劣差异的基础之上，可以为选择合理的风测量技术提供相应的技术支持。
2 测量原理
2.1 气球观测法
气球观测法是将高空中的气球作为移动的质点，主要测量气球相对角的坐标以及气球的高度，以此来确定气球在高空中运行的轨迹，根据其轨迹变化可以测算其水平位移，这样就能够借助于气球探测出空间中风向的风速以及方向。同时在气球向上上升的过程中，还可以测量高度层面上的风向和风速。
2.2 风廓线雷达观测法
风廓线雷达观测法主要在晴朗天气下测量风速与风向，同时借助于雷达观测目标。在物理学中认为，大气中存在多种多样的湍流，这些湍流尺度不一，并且能够随着风向产生变化。如果湍流中的风向移动，那么就可将湍流作为风速的标志物，利用湍流来追逐风向。技术人员可以借助于雷达发射电磁波，发射电磁波波长的一半如果与湍流的尺度保持一致，能够产生较为明显的散射回波，同时反射回来的回波能够利用雷达进行观测。在风廓线雷达观测法中，所使用的仪器主要有发射机、接收机以及信号处理装备等组成。
在风廓线雷达观察法中，主要有三波风速，产生的风束主要是向天顶的波束，偏东的波束，以及偏北的波束。这些波束能够在多普勒频率分辨仪器得到相应的垂直分量以及东西分量，这样就能够确定风向以及风速变化。
2.3 无人机测量风的方法
旅游气象无人机来对风速以及风向进行测量，主要是利用风的速度、空间速度以及地面速度形成矢量三角形，通过对矢量三角形求解来获得风的速度。在气象无人机测风方法中关键技术主要是空速测量以及在矢量三角形中对风速进行求解测算。对于空术进行测量的原理：利用精密仪器可以测量空速的静压以及动压，然后利用流体力学的原理求解出矢量三角形，然后结合无人机的相关测量得到的参数获得空速。如果采用静压以及动压测量主要可以在气象无人机平台上安装相应的静压管，高空温度计可以直接测量出温度。在实际计算过程中，我们假设空气不能够被压缩，其为一个理想流体。同时根据流体力学的伯努利经典方程，得到空速的计算公式。在得到宽恕计算结果之后，通过无人机gps定位得到相应的飞行参数，就能够得到地速。同时气象探测无人机能够由其自身携带的传感器对于空中角度进行测算，然后获得自身所得的偏航角。我们将所得到的矢量三角形进行求解，可以借助于三角中的余弦定理求得相应的风场信息，同时可以确定风场的整体方位。
3 三种探测方法的优劣
3.1 气球探测法
气球探测法中的经纬仪探测法主要的缺陷是所使用的仪器光学经纬仪其精度比较差，因此只适用于较为晴朗的天气，同时在测量过程中气球上必须悬挂可见的光源，如果在阴雨天气那么其探测高度受到严格限制，必须在一定的高度内才能够正常实施测量。气球探测法中的无线电经纬仪自身没有发射装备，因此并没有相应的电磁波发射，这种探测手法比较隐蔽，不容易被其他杂质干扰，特别适合在敌对以及暂时状态下使用。与其他探测风速的设备系统相比，其所使用的设备比较少，因此机动性比较强，更容易实现小型化。
气球探测法中的GPS测量方法属于被动式，地面的基站仅仅能够接收GPS信号，因此自身不具有发射信号的能力，在战时就具有较强的隐蔽性。同时GPS基站重量比较轻，所占地面积比较小，能耗也比较低，投入成本较少，并且具有较强的实时性，输出的结果更加直观可靠，探测所得的精度也较高，并且自身具有较强的机动性，在进行探测的过程中，不受到天气状况的限制，因此在实际使用中操作较为简便，得到了广泛的使用。
3.2 风廓线雷达观测
风廓线雷达观测属于一种直接观测风速的方法，这种方法相比于上文中的气球探测法具有更强的实时性，并且能够有效分辨时空的规律，在长期使用过程中具有投入较低的优点，同时风廓线雷达观测能够有效提供连续的风场，可以实时探测垂直气流的相关分布情况，特别是对于风场的急速变化以及旋转情况可以做到真实测量。
3.3 无人机探测方法
无人机探测方法续航时间比较长，并且可以做到人机的分离，因此自身成本较低。无人机可以在较为危险的环境下长时间作业，因此在使用上比较灵活。无人机探测方法可以对指定区域进行连续的高频次的测量，并且可对水平以及纯垂直方向进行重复测量，测量的数据可重复使用，并且整体机动性较强，能够直接进行探测，这些所具有的優点使得无人机探测方法空中探测中得到了广泛的使用。
4 三种方法的比较
测风雷达探测精度比较高，同时如果想要获得所有风场信息可以使用气球探测法。风廓线雷达方法以及无人机探测方法可以在同一空域中获得多种信息，因此特别适用于研究特定地区的风场情况。气球探测法探测的成本比较高，后两种方法可重复使用，因此经济性比较好。如果探测卫星或者是宇宙飞船，可以使用气象无人机探测法，各种探测方法各有优点与缺点，必须要结合实际的目的选择合理的探测途径。
参考文献
[1] 王烨芳，齐久成，王威.高空气象探测测风计算方法 [J] 气象水文海洋仪器，2008，3：26—28.
[2] 李辉城，陈华，黎洁波等.高空气象探测测风计算方法的分析 [J].气象研究与应用，2009，2（30）：78—80
（作者单位：中国人民解放军陆军66011部队）
关键词：风测量；探测性能；对比分析
1 前言
在高空气象探测中风测量技术是非常重要的应用领域。在空中进行风测量主要借助于精密的仪器对靠近地面的自由大气风场情况测量，按照其测量原理的不同，主要可以分为气球观测法、风廓线雷达观测法以及无人机观测法三种。我们在分析三种观测法优劣差异的基础之上，可以为选择合理的风测量技术提供相应的技术支持。
2 测量原理
2.1 气球观测法
气球观测法是将高空中的气球作为移动的质点，主要测量气球相对角的坐标以及气球的高度，以此来确定气球在高空中运行的轨迹，根据其轨迹变化可以测算其水平位移，这样就能够借助于气球探测出空间中风向的风速以及方向。同时在气球向上上升的过程中，还可以测量高度层面上的风向和风速。
2.2 风廓线雷达观测法
风廓线雷达观测法主要在晴朗天气下测量风速与风向，同时借助于雷达观测目标。在物理学中认为，大气中存在多种多样的湍流，这些湍流尺度不一，并且能够随着风向产生变化。如果湍流中的风向移动，那么就可将湍流作为风速的标志物，利用湍流来追逐风向。技术人员可以借助于雷达发射电磁波，发射电磁波波长的一半如果与湍流的尺度保持一致，能够产生较为明显的散射回波，同时反射回来的回波能够利用雷达进行观测。在风廓线雷达观测法中，所使用的仪器主要有发射机、接收机以及信号处理装备等组成。
在风廓线雷达观察法中，主要有三波风速，产生的风束主要是向天顶的波束，偏东的波束，以及偏北的波束。这些波束能够在多普勒频率分辨仪器得到相应的垂直分量以及东西分量，这样就能够确定风向以及风速变化。
2.3 无人机测量风的方法
旅游气象无人机来对风速以及风向进行测量，主要是利用风的速度、空间速度以及地面速度形成矢量三角形，通过对矢量三角形求解来获得风的速度。在气象无人机测风方法中关键技术主要是空速测量以及在矢量三角形中对风速进行求解测算。对于空术进行测量的原理：利用精密仪器可以测量空速的静压以及动压，然后利用流体力学的原理求解出矢量三角形，然后结合无人机的相关测量得到的参数获得空速。如果采用静压以及动压测量主要可以在气象无人机平台上安装相应的静压管，高空温度计可以直接测量出温度。在实际计算过程中，我们假设空气不能够被压缩，其为一个理想流体。同时根据流体力学的伯努利经典方程，得到空速的计算公式。在得到宽恕计算结果之后，通过无人机gps定位得到相应的飞行参数，就能够得到地速。同时气象探测无人机能够由其自身携带的传感器对于空中角度进行测算，然后获得自身所得的偏航角。我们将所得到的矢量三角形进行求解，可以借助于三角中的余弦定理求得相应的风场信息，同时可以确定风场的整体方位。
3 三种探测方法的优劣
3.1 气球探测法
气球探测法中的经纬仪探测法主要的缺陷是所使用的仪器光学经纬仪其精度比较差，因此只适用于较为晴朗的天气，同时在测量过程中气球上必须悬挂可见的光源，如果在阴雨天气那么其探测高度受到严格限制，必须在一定的高度内才能够正常实施测量。气球探测法中的无线电经纬仪自身没有发射装备，因此并没有相应的电磁波发射，这种探测手法比较隐蔽，不容易被其他杂质干扰，特别适合在敌对以及暂时状态下使用。与其他探测风速的设备系统相比，其所使用的设备比较少，因此机动性比较强，更容易实现小型化。
气球探测法中的GPS测量方法属于被动式，地面的基站仅仅能够接收GPS信号，因此自身不具有发射信号的能力，在战时就具有较强的隐蔽性。同时GPS基站重量比较轻，所占地面积比较小，能耗也比较低，投入成本较少，并且具有较强的实时性，输出的结果更加直观可靠，探测所得的精度也较高，并且自身具有较强的机动性，在进行探测的过程中，不受到天气状况的限制，因此在实际使用中操作较为简便，得到了广泛的使用。
3.2 风廓线雷达观测
风廓线雷达观测属于一种直接观测风速的方法，这种方法相比于上文中的气球探测法具有更强的实时性，并且能够有效分辨时空的规律，在长期使用过程中具有投入较低的优点，同时风廓线雷达观测能够有效提供连续的风场，可以实时探测垂直气流的相关分布情况，特别是对于风场的急速变化以及旋转情况可以做到真实测量。
3.3 无人机探测方法
无人机探测方法续航时间比较长，并且可以做到人机的分离，因此自身成本较低。无人机可以在较为危险的环境下长时间作业，因此在使用上比较灵活。无人机探测方法可以对指定区域进行连续的高频次的测量，并且可对水平以及纯垂直方向进行重复测量，测量的数据可重复使用，并且整体机动性较强，能够直接进行探测，这些所具有的優点使得无人机探测方法空中探测中得到了广泛的使用。
4 三种方法的比较
测风雷达探测精度比较高，同时如果想要获得所有风场信息可以使用气球探测法。风廓线雷达方法以及无人机探测方法可以在同一空域中获得多种信息，因此特别适用于研究特定地区的风场情况。气球探测法探测的成本比较高，后两种方法可重复使用，因此经济性比较好。如果探测卫星或者是宇宙飞船，可以使用气象无人机探测法，各种探测方法各有优点与缺点，必须要结合实际的目的选择合理的探测途径。
参考文献
[1] 王烨芳，齐久成，王威.高空气象探测测风计算方法 [J] 气象水文海洋仪器，2008，3：26—28.
[2] 李辉城，陈华，黎洁波等.高空气象探测测风计算方法的分析 [J].气象研究与应用，2009，2（30）：78—80
（作者单位：中国人民解放军陆军66011部队）