本發(fā)明涉及一種人工增雨防雹系統(tǒng)，尤其是人工增雨防雹火箭定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
人工影響天氣是防災(zāi)減災(zāi)，空中水資源開(kāi)發(fā)利用，改善生態(tài)環(huán)境的一項(xiàng)重要科技手段，已得到社會(huì)的廣泛認(rèn)同。自20世紀(jì)90年代末期，一種新型作業(yè)工具—人工防雹增雨火箭發(fā)射系統(tǒng)誕生，由于其具有播云面積大，播撒路徑長(zhǎng)、催化劑成核率高、作業(yè)機(jī)動(dòng)、安全等特點(diǎn)，很快成為地面人們用于預(yù)防冰雹、實(shí)施人工增雨,開(kāi)發(fā)利用氣候資源、減少自然災(zāi)害、保證農(nóng)業(yè)發(fā)展的有力工具。開(kāi)展以火箭為主的人工防雹作業(yè)既是人工影響天氣的重要手段,也是防災(zāi)減災(zāi)工作的重要措施。目前在人工增雨防雹火箭定位系統(tǒng)使用的火箭彈，雖有降落傘等安全保障措施，但發(fā)射后彈著點(diǎn)、開(kāi)傘狀況不明，始終使作業(yè)人員在考慮人影作業(yè)時(shí)有所顧忌，加之現(xiàn)有探測(cè)手段還不能做到實(shí)時(shí)觀測(cè)作業(yè)方向、高度風(fēng)向風(fēng)速，導(dǎo)致火箭彈飄移方向不好掌控，多次聽(tīng)到基層作業(yè)人員反映因?yàn)榘l(fā)射出去不知情況怎樣，不敢打，盡量少打，怕出問(wèn)題，甚至在確需作業(yè)時(shí)為了安全也只是敷衍了事；尤其是隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，許多作業(yè)點(diǎn)周圍的環(huán)境發(fā)生了巨大變化，射擊方向早前罕有人煙的地方現(xiàn)在已是車水馬龍的情況屢屢出現(xiàn)，使作業(yè)安全保障難度進(jìn)一步加大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種火箭飛行軌跡的可見(jiàn)，可以直觀地反映出高空風(fēng)對(duì)火箭飛行的影響，使作業(yè)指揮人員能夠及時(shí)調(diào)整、修正作業(yè)的人工增雨防雹火箭定位系統(tǒng)。為達(dá)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種人工增雨防雹火箭定位系統(tǒng)，它包括火箭彈、GPS衛(wèi)星、移動(dòng)通信基站、移動(dòng)終端和數(shù)據(jù)服務(wù)器，其特征在于還包括設(shè)在所述火箭彈上的火箭定位器。所述火箭定位器包括GPS模塊、三軸加速計(jì)和三軸陀螺儀，采用GSM和GPRS通信方式。所述火箭定位器還包括紐扣電池電源和三檔撥動(dòng)動(dòng)開(kāi)關(guān)。所述火箭定位器與火箭的結(jié)合方式有：裝配式、插入式、植入式和外貼式。所述火箭定位器的三檔撥動(dòng)動(dòng)開(kāi)關(guān)功能為：〇檔：控制所有元器件的電源；Ⅰ檔：所有元器件通電后，立即啟動(dòng)GSM、GPRS網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)，啟動(dòng)GPS模塊定位，獲取來(lái)自移動(dòng)通信基站或GPS模塊的時(shí)間后啟動(dòng)三軸加速計(jì)、三軸陀螺儀并記錄數(shù)據(jù)，與移動(dòng)通信基站定位成功后，由火箭定位器向指定后臺(tái)服務(wù)器號(hào)碼發(fā)送一條短信；三軸加速計(jì)、三軸陀螺儀記錄間隔10毫秒。每10分鐘存成一個(gè)文本文件，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到火箭定位器指定FTP地址；Ⅱ檔：延遲5分鐘啟動(dòng)GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)、GPS模塊定位，II檔和I檔工作內(nèi)容相同，只是II檔延遲5分鐘啟動(dòng)為的是在火箭發(fā)射后再連接網(wǎng)絡(luò)，適合在雷雨天工作，因?yàn)槔子晏焓褂梦⒉ㄍㄐ殴ぞ哂幸椎娘L(fēng)險(xiǎn)，但不延遲三軸加速計(jì)、陀螺儀啟動(dòng)；開(kāi)關(guān)撥至Ⅱ檔，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)為直列三檔式，0檔在最左邊，中間是I檔，最右邊是II檔，檔位都是在地面時(shí)手動(dòng)切換。三軸加速計(jì)、三軸陀螺儀正常開(kāi)機(jī)工作并記錄數(shù)據(jù)，此時(shí)定位器不向外發(fā)射、接收任何電磁波訊號(hào)；5分鐘后，自動(dòng)開(kāi)機(jī)完成GSM、GPRS網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)后進(jìn)行基站、GPS定位，獲取位置信息成功后同檔位I一樣，定位成功后每分鐘向指定號(hào)碼發(fā)送一條包含定位信息短信。以上結(jié)構(gòu)的人工增雨防雹火箭定位系統(tǒng)，采用火箭彈攜帶電子定位器一同發(fā)射使用，實(shí)時(shí)記錄飛行姿態(tài)和火箭彈起、落點(diǎn)位置，并將數(shù)據(jù)傳回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。優(yōu)點(diǎn)為：定位準(zhǔn)確，精度高；飛行姿態(tài)、火箭狀況記錄可靠；記錄反饋?lái)憫?yīng)速度快；投入較少，實(shí)現(xiàn)效果好；操作簡(jiǎn)便，可以減少后臺(tái)維護(hù)，一個(gè)后臺(tái)服務(wù)器可以全國(guó)同時(shí)使用，方便推廣?；鸺ㄎ黄鞯募尤肟梢粤⒓捶从吵龌鸺龔椩陲w行中和彈落點(diǎn)的情況，從而可及時(shí)調(diào)整火箭彈發(fā)射方向和仰角，間接控制發(fā)射時(shí)飛行方向、彈落點(diǎn)地區(qū)，最大限度避開(kāi)人煙，使指揮人員制定作業(yè)方案時(shí)心里有底、作業(yè)人員作業(yè)時(shí)心中有數(shù)。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是火箭定位器與火箭彈結(jié)合方式之一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是火箭定位器與火箭彈結(jié)合方式之二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是火箭定位器與火箭彈結(jié)合方式之三的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是火箭定位器與火箭彈結(jié)合方式之四的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是火箭定位數(shù)據(jù)文件的格式示意圖；在圖中，火箭彈頭1，火箭定位器電路板2，指示燈3，控制開(kāi)關(guān)4，卡扣5，整流罩6，定位器卡盤(pán)7，火箭彈彈體8，定位器托架9，貼片10。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可知，本發(fā)明包括GPS衛(wèi)星、火箭定位器、移動(dòng)通信基站、GPRS調(diào)制解調(diào)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、移動(dòng)終端和桌面終端。其中，火箭定位器設(shè)置在火箭彈上，火箭彈攜帶電子定位器一同發(fā)射使用，實(shí)時(shí)記錄飛行姿態(tài)和火箭彈起、落點(diǎn)位置，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)?；鸺ㄎ黄鲝腉PS衛(wèi)星獲取經(jīng)度、緯度、海拔等GPS定位信息，并將GPS定位信息發(fā)送給附近的移動(dòng)通信基站，也從移動(dòng)通信基站獲取系統(tǒng)時(shí)間、基站位置信息等。定位器獲取移動(dòng)通信基站的位置信息成功后，通過(guò)移動(dòng)通信基站和GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送包括火箭的定位信息的短信至GPRS調(diào)制解調(diào)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器從GPRS調(diào)制解調(diào)器獲取包括火箭定位信息的短信內(nèi)容，經(jīng)解析后存入數(shù)據(jù)庫(kù)。隨火箭一起飛行的定位器通過(guò)移動(dòng)通信基站將火箭定位、姿態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器，桌面終端利用互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，獲取火箭定位、姿態(tài)信息等數(shù)據(jù)；同理，移動(dòng)終端利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)短信與數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，獲取火箭定位、姿態(tài)的相關(guān)信息?；鸺ㄎ黄髦饕芍醒胩幚硇酒?、GPS定位模塊、GSM/GPRS通信模塊、伺服天線，以及三軸加速計(jì)芯片、三軸陀螺儀芯片、存儲(chǔ)芯片、撥動(dòng)開(kāi)關(guān)、LED指示燈以及PCB板材及輔助電路等構(gòu)成。中央處理芯片負(fù)責(zé)處理所有程序指令，GPS模塊負(fù)責(zé)聯(lián)通GPS衛(wèi)星獲取衛(wèi)星信號(hào)取得地理經(jīng)緯度、海拔高度、GPS授時(shí)等功能，GSM/GPRS通信模塊負(fù)責(zé)完成通信基站信息獲取、基站授時(shí)、無(wú)線通信、數(shù)據(jù)發(fā)送與接收等功能，三軸加速計(jì)芯片負(fù)責(zé)重力加速度測(cè)量并按要求取值、三軸陀螺儀芯片負(fù)責(zé)定位器位置（方位）變化記錄并按要求取值，存儲(chǔ)芯片負(fù)責(zé)將所有測(cè)量數(shù)據(jù)按照指定格式存儲(chǔ)并供調(diào)用發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)火箭定位器功能的切換，LED指示燈負(fù)責(zé)顯示火箭定位器當(dāng)前工作狀態(tài)?；鸺龔棸l(fā)射后，火箭定位器依據(jù)檔位設(shè)置功能開(kāi)始工作，三軸加速計(jì)和三軸陀螺儀記錄火箭姿態(tài)變化數(shù)據(jù)，火箭定位器存儲(chǔ)傳感器所得數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)回傳給后臺(tái)服務(wù)器。作業(yè)人員通過(guò)調(diào)用回傳數(shù)據(jù)并在客戶端顯示，數(shù)據(jù)能夠反演出火箭彈在空中的彈道曲線，通過(guò)對(duì)比實(shí)際空中彈道曲線與理論彈道曲線擬合情況，可計(jì)算出作業(yè)區(qū)域高空不同高度層風(fēng)向、風(fēng)速，通過(guò)客戶端疊加的衛(wèi)星云圖和雷達(dá)產(chǎn)品可以據(jù)此及時(shí)調(diào)整火箭發(fā)射方位角和仰角，以避開(kāi)人口密集區(qū)，確?；鸺龤埡÷潼c(diǎn)安全，使播撒的催化劑能夠更好的到達(dá)云中理想催化部位，達(dá)到更好的作業(yè)效果。圖2所示，是火箭定位器與火箭彈結(jié)合方式之一，為裝配式：火箭彈與火箭定位器分開(kāi)存放，發(fā)射時(shí)再裝配使用。從在圖中可知，火箭定位器包括火箭定位器電路板2、指示燈3和控制開(kāi)關(guān)4，火箭定位器的外形做成與火箭整流罩6前端火箭彈頭1尖端錐形部分相應(yīng)的形狀，并置入火箭彈頭1內(nèi)，火箭彈頭1通過(guò)螺口卡扣5的方式與火箭結(jié)合。使用時(shí)將火箭定位器安裝到火箭彈頭1后，打開(kāi)火箭定位器的控制開(kāi)關(guān)4，指示燈3亮，說(shuō)明定位處于工作狀態(tài)。圖3所示，是火箭定位器與火箭彈結(jié)合方式之二，即插入式：火箭定位器外形做成卡片狀，將火箭定位器電路板2固定設(shè)置在一塊定位器卡盤(pán)7，然后通過(guò)定位器卡盤(pán)7安插在火箭彈頭1內(nèi)部設(shè)有的插槽中。圖4所示，是火箭定位器與火箭彈結(jié)合方式之三，即植入式：在火箭彈彈體8內(nèi)設(shè)有用于安裝火箭定位器的托架9；在火箭總裝時(shí)就把火箭定位器裝到托架9上，火箭彈出廠時(shí)定位器就已與火箭彈結(jié)合安裝好。使用時(shí)接火箭通定位器電源即可。植入的位置可選多處，如火箭彈頭部安全著陸系統(tǒng)內(nèi)部，彈體主降落傘處等。圖5所示，是火箭定位器與火箭彈結(jié)合方式之四，即外貼式：火箭定位器外形做成貼片10的結(jié)構(gòu)，通過(guò)粘膠、卡扣、螺栓或卡槽等方式固定在火箭彈彈體8的外表，包括火箭定位器電路板2、指示燈3和控制開(kāi)關(guān)4的定位器固定在貼片10上，隨火箭彈一起發(fā)射。所述火箭定位器的控制開(kāi)關(guān)4為三檔撥動(dòng)動(dòng)開(kāi)關(guān)，其功能為：〇檔：控制定位器所有元器件的電源；Ⅰ檔：火箭定位器所有元器件通電后，立即啟動(dòng)GSM、GPRS網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)，啟動(dòng)GPS模塊定位，獲取來(lái)自移動(dòng)通信基站或GPS模塊的時(shí)間后啟動(dòng)三軸加速計(jì)、三軸陀螺儀并記錄數(shù)據(jù)，與移動(dòng)通信基站定位成功后，由火箭定位器向指定后臺(tái)服務(wù)器號(hào)碼發(fā)送一條短信；Ⅱ檔：火箭定位器延遲5分鐘啟動(dòng)GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)、GPS模塊定位，但不延遲三軸加速計(jì)、陀螺儀啟動(dòng)；開(kāi)關(guān)撥至Ⅱ檔時(shí)，三軸加速計(jì)、三軸陀螺儀正常開(kāi)機(jī)工作并記錄數(shù)據(jù)，此時(shí)定位器不向外發(fā)射、接收任何電磁波訊號(hào)；5分鐘后，自動(dòng)開(kāi)機(jī)完成GSM、GPRS網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)后進(jìn)行移動(dòng)通信基站、GPS衛(wèi)星定位，獲取位置信息成功后同檔位I一樣，移動(dòng)通信基站和GPS衛(wèi)星的定位成功后每分鐘火箭定位器向指定后臺(tái)服務(wù)器號(hào)碼發(fā)送一條包含定位信息短信。所述定位信息短信的格式為：檔位信息，M1:緯度，經(jīng)度G1:緯度，經(jīng)度，高度，運(yùn)動(dòng)方向角度，速度（海里/小時(shí)換算成米/秒），三軸加速計(jì)（瞬時(shí)值）X軸，Y軸，Z軸，三軸陀螺儀角度X軸，Y軸，Z軸，三軸陀螺儀溫度。火箭定位器定位成功后火箭定位器每分鐘再向指定后臺(tái)服務(wù)器號(hào)碼發(fā)送一條短信，內(nèi)容、格式同上。三軸加速計(jì)、三軸陀螺儀記錄間隔10毫秒，每10分鐘存成一個(gè)文本文件通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到指定FTP地址，文件名為：檔位代碼+本定位器sim卡手機(jī)號(hào)或sim卡imei碼+_+本段記錄開(kāi)始時(shí)間+_+本段記錄結(jié)束時(shí)間+文件后綴名，具體的如圖6所示。定位器各器件的參數(shù)要求:1.電源：定位器采用凝膠鋰離子電池。使用時(shí)間＞3小時(shí)；2.三軸加速計(jì)測(cè)量范圍不低于100G；3.三軸陀螺儀加速度耐受度不低于100G，溫漂、零漂、誤差小。加入陀螺儀的主要目的是因?yàn)槎ㄎ黄髟谑褂弥惺冀K處于高速運(yùn)動(dòng)中有翻滾動(dòng)作，單純使用加速計(jì)無(wú)法完全確定姿態(tài)，需要知道定位器的傾角變化，從而計(jì)算出重力加速度在加速計(jì)各軸上的分量，去除重力影響，確定定位器姿態(tài)，通過(guò)數(shù)據(jù)精確重繪出運(yùn)動(dòng)軌跡。三軸陀螺儀因其自身原理及生產(chǎn)工藝等原因采集出來(lái)的原始數(shù)據(jù)與實(shí)際相比差距較大，是否可以在程序中加入消差程序（例如使用卡爾曼濾波等方法），提高輸出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；4.GPS模塊精度10米內(nèi)，冷、熱啟動(dòng)迅速，定位穩(wěn)定，漂移少；5.數(shù)據(jù)文件時(shí)間主要根據(jù)結(jié)束時(shí)間來(lái)推算，因此文件結(jié)束時(shí)間（文件名后一個(gè)時(shí)間）要盡量準(zhǔn)確；6.本定位器要求在工作可靠的基礎(chǔ)上，元器件盡量少，加速計(jì)和陀螺儀可分兩個(gè)元件也可使用一個(gè)六軸陀螺儀。系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集：由于數(shù)據(jù)含有地理信息和時(shí)間，所以所有數(shù)據(jù)傳輸采用加密傳輸方式。數(shù)據(jù)收集分為兩種方式進(jìn)行。GPRS終端：收集定位器發(fā)回的數(shù)據(jù)短信，并取數(shù)入庫(kù)，數(shù)據(jù)表單字段包括：sim卡手機(jī)號(hào)或sim卡imei碼、短信時(shí)間、M1緯度、M1經(jīng)度、G1緯度、G1經(jīng)度，G1高度，G1運(yùn)動(dòng)方向角度（度）、G1速度（米/秒），每一條短信存成一行記錄。例如S1:M1La:22.5532424_M1Lo:114.055345_G1La:22.5632424_G1Lo:113.985345_H:324.9_An:270.65_S:13.4_Ax:-0.309_Ay:8.279_Az:5.145_Gx:0.0153_Gy:-0.5721_Gz:0.0102_Ga:21.2168_Gb:31.2314_Gc:21.4432_T:36.21。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：采用8M固定IP光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率、傳輸帶寬、穩(wěn)定性有保障。FTP數(shù)據(jù)庫(kù)：將定位器用2G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳回的傳感器數(shù)據(jù)壓縮包收集整理、存儲(chǔ)，供軟件調(diào)用計(jì)算，原始數(shù)據(jù)分發(fā)等。存儲(chǔ)路徑設(shè)計(jì)以時(shí)間為樹(shù)形結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，即年/月。系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示應(yīng)用：由于數(shù)據(jù)涉及到地理信息和時(shí)間，故不提供匿名下載服務(wù)，需要數(shù)據(jù)查詢的用戶必須在人員數(shù)據(jù)庫(kù)中存在，人員數(shù)據(jù)庫(kù)由使用單位提供，包括人員姓名、手機(jī)號(hào)、作業(yè)資格上崗證號(hào)等個(gè)人信息。客戶端應(yīng)用：客戶端應(yīng)用分為桌面客戶端和移動(dòng)客戶端，桌面端暫時(shí)只開(kāi)發(fā)MSWindows版本，移動(dòng)端暫時(shí)只開(kāi)發(fā)Android和iOS操作系統(tǒng)版本。桌面版應(yīng)用包括火箭彈落點(diǎn)定位、火箭彈飛行曲線（射高）二維顯示、火箭彈發(fā)射到落地全過(guò)程三維演示、天氣系統(tǒng)過(guò)程作業(yè)全程回放、數(shù)據(jù)下載等內(nèi)容。擴(kuò)展程序包括催化劑散布、效果評(píng)估等內(nèi)容。移動(dòng)版應(yīng)用包括火箭彈用彈記錄、火箭彈落點(diǎn)定位、火箭彈飛行曲線（射高）二維顯示、火箭彈發(fā)射到落地全過(guò)程三維演示、數(shù)據(jù)下載等內(nèi)容外，為方便作業(yè)人員使用還開(kāi)發(fā)手電筒、電子羅盤(pán)、水平儀、鉛錘、量角器、尋彈雷達(dá)、姿態(tài)回放、定制短信、電話通信、發(fā)射記錄、一維碼、二維碼掃描、無(wú)線射頻芯片讀取等功能。系統(tǒng)數(shù)據(jù)分發(fā)：所有類型應(yīng)用終端都提供數(shù)據(jù)下載服務(wù)，所提供數(shù)據(jù)全部為未經(jīng)加工、校準(zhǔn)的原始數(shù)據(jù)，方便研究人員重新計(jì)算和科學(xué)研究使用。數(shù)據(jù)包括定位器GSM短信部分和傳感器數(shù)據(jù)。提供多樣化的下載服務(wù)，下載方式可按編號(hào)單個(gè)下載也可批量下載還可根據(jù)時(shí)間段下載；也可根據(jù)指定區(qū)域下載服務(wù)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果：本發(fā)明實(shí)施后人影火箭彈將實(shí)現(xiàn)發(fā)射、飛行、落地全過(guò)程記錄。該定位系統(tǒng)采用GPS、基站雙重定位，落點(diǎn)控制準(zhǔn)確；雙通道數(shù)據(jù)傳輸確保定位信息高到達(dá)率；三軸加速計(jì)和電子陀螺儀的雙重記錄確保記錄火箭彈飛行曲線精度；寬帶后臺(tái)服務(wù)器確保數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、調(diào)用得到保障。落點(diǎn)可定位使人影作業(yè)安全得到切實(shí)保障，解決作業(yè)人員“不敢作業(yè)”“心里沒(méi)底”的問(wèn)題。使人影火箭技術(shù)處于國(guó)際同類裝備領(lǐng)先水平。