技术特征：
1.一种风速风向测量方法，其特征在于，包括：获取预设参数集、系留气球的重力、系留气球受到的浮力、系留气球的方向角、系留气球在x轴方向上的真实加速度、系留气球在y轴方向上的真实加速度和系留气球在z轴方向上的真实加速度；所述预设参数集包括系留气球的总质量、系留气球受到的拉力、系留气球的倾角、空气密度和系留气球的迎风面积；所述系留气球的总质量为系留气球的质量、传感器盒质量和所述系留气球内部气体质量之和；所述传感器盒设置在所述系留气球上；根据所述系留气球在x轴方向上的真实加速度、所述系留气球在y轴方向上的真实加速度和所述系留气球在z轴方向上的真实加速度，计算所述系留气球在x轴方向上的速度、所述系留气球在y轴方向上的速度和所述系留气球在z轴方向上的速度；根据所述预设参数集、所述系留气球在x轴方向上的真实加速度、所述系留气球的方向角和所述系留气球在x轴方向上的速度计算风速在x轴方向上的分量；根据所述预设参数集、所述系留气球在y轴方向上的真实加速度、所述系留气球的方向角和所述系留气球在y轴方向上的速度计算风速在y轴方向上的分量；根据所述预设参数集、所述系留气球在z轴方向上的真实加速度、所述系留气球的重力、所述系留气球受到的浮力和所述系留气球在z轴方向上的速度计算风速在z轴方向上的分量；根据所述风速在x轴方向上的分量、所述风速在y轴方向上的分量和所述风速在z轴方向上的分量计算风速和风向，所述风向包括风的俯仰角和风的方向角。2.根据权利要求1所述的一种风速风向测量方法，其特征在于，当所述系留气球仅存在俯仰角时，根据所述系留气球在x轴方向上的加速度、所述系留气球的俯仰角和所述系留气球在z轴方向上的加速度计算所述系留气球在x轴方向上的真实加速度和所述系留气球在z轴方向上的真实加速度；确定所述系留气球在y轴方向上的加速度为所述系留气球在y轴方向上的真实加速度；当所述系留气球仅存在滚转角时，确定所述系留气球在x轴方向上的加速度为所述系留气球在x轴方向上的真实加速度；根据所述系留气球在y轴方向上的加速度、所述系留气球的滚转角和所述系留气球在z轴方向上的加速度计算所述系留气球在y轴方向上的真实加速度和所述系留气球在z轴方向上的真实加速度；当所述系留气球仅存在航向角时，确定所述系留气球在z轴方向上的加速度为所述系留气球在z轴方向上的真实加速度；根据所述系留气球在x轴方向上的加速度、所述系留气球的航向角和所述系留气球在y轴方向上的加速度计算所述系留气球在x轴方向上的真实加速度和所述系留气球在y轴方向上的真实加速度。3.根据权利要求1所述的一种风速风向测量方法，其特征在于，所述根据所述预设参数集、所述系留气球在x轴方向上的真实加速度、所述系留气球的方向角和所述系留气球在x轴方向上的速度计算风速在x轴方向上的分量，具体包括：根据公式计算风速在x轴方向上的分量，其中，v
风x
表示风速在x轴方向上的分量，m表示系留气球
的总质量，a
x
表示系留气球在x轴方向上的真实加速度，t表示系留气球受到的拉力，θ表示系留气球的倾角、α表示系留气球的方向角，ρ
air
表示空气密度，s
d
表示系留气球的迎风面积，c
d
表示系留气球表面阻力系数，v
球x
表示系留气球在x轴方向上的速度，sign()表示符号函数。4.根据权利要求1所述的一种风速风向测量方法，其特征在于，所述根据所述根据所述预设参数集、所述系留气球在y轴方向上的真实加速度、所述系留气球的方向角和所述系留气球在y轴方向上的速度计算风速在y轴方向上的分量，具体包括：根据公式计算风速在y轴方向上的分量，其中，v
风y
表示风速在y轴方向上的分量，m表示系留气球的总质量，a
y
表示系留气球在y轴方向上的真实加速度，t表示系留气球受到的拉力，θ表示系留气球的倾角、α表示系留气球的方向角，ρ
air
表示空气密度，s
d
表示系留气球的迎风面积，c
d
表示系留气球表面阻力系数，v
球y
表示系留气球在y轴方向上的速度，sign()表示符号函数。5.根据权利要求1所述的一种风速风向测量方法，其特征在于，所述根据所述预设参数集、所述系留气球在z轴方向上的真实加速度、所述系留气球的重力、所述系留气球受到的浮力和所述系留气球在z轴方向上的速度计算风速在z轴方向上的分量，具体包括：根据公式计算风速在z轴方向上的分量，其中，v
风z
表示风速在z轴方向上的分量，m表示系留气球的总质量，a
z
表示系留气球在z轴方向上的真实加速度，g表示系留气球的重力，t表示系留气球受到的拉力，θ表示系留气球的倾角、b表示系留气球受到的浮力，ρ
air
表示空气密度，s
d
表示系留气球的迎风面积，c
d
表示系留气球表面阻力系数，v
球z
表示系留气球在z轴方向上的速度，sign()表示符号函数。6.根据权利要求1所述的一种风速风向测量方法，其特征在于，根据公式计算风速，其中，v
风x
表示风速在x轴方向上的分量，v
风y
表示风速在y轴方向上的分量，v
风z
表示风速在z轴方向上的分量，v
风
表示风速。7.根据权利要求1所述的一种风速风向测量方法，其特征在于，根据公式计算风的俯仰角，其中，v
风x
表示风速在x轴方向上的分量，v
风y
表示风速在y轴方向上的分量，v
风z
表示风速在z轴方向上的分量，θ
风
表示风的俯仰角。8.根据权利要求1所述的一种风速风向测量方法，其特征在于，根据公式
计算风的方向角，其中，v
风x
表示风速在x轴方向上的分量，v
风y
表示风速在y轴方向上的分量，α
风
表示风的方向角。9.一种风速风向测量装置，其特征在于，应用于权利要求1-8中任一项所述的风速风向测量方法，所述装置包括：系留气球、拉力传感器、绳索和传感器盒；所述系留气球通过所述拉力传感器与所述绳索的一端连接，所述绳索的另一端固定在地面上，所述传感器盒设置在所述系留气球上；所述拉力传感器用于测量所述系留气球受到的拉力；所述传感器盒内置角度传感器、三轴加速度传感器和姿态角传感器；所述角度传感器用于测量系留气球的倾角、系留气球的方向角、所述三轴加速度传感器用于测量系留气球在x轴方向上的加速度、系留气球在y轴方向上的加速度和系留气球在z轴方向上的加速度、所述姿态角传感器用于测量所述系留气球的俯仰角、滚转角和航向角。
技术总结
本发明涉及一种风速风向测量方法及装置，具体涉及风速风向测量。所述方法包括根据预设参数集、系留气球在x轴方向上的真实加速度、方向角和在x轴方向上的速度计算风速在x轴方向上的分量；根据预设参数集、系留气球在y轴方向上的真实加速度、方向角和在y轴方向上的速度计算风速在y轴方向上的分量；根据预设参数集、系留气球在z轴方向上的真实加速度、重力、系留气球受到的浮力和在z轴方向上的速度计算风速在z轴方向上的分量；根据风速在x轴方向上的分量、在y轴方向上的分量和在z轴方向上的分量计算风速、风的俯仰角和方向角；根据风的俯仰角和方向角确定风向。本发明可提高风速风向测量结果的精度。结果的精度。结果的精度。
技术研发人员：和煦 凌子兴 逯恒志 赵锋 李俊 夏海龙 习子辰 王浩 王佳乐 于光雨 张曼 张聪
受保护的技术使用者：西安邮电大学
技术研发日：2022.11.02
技术公布日：2023/3/2