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本文原作者为 Dan Maloney，WNEP.com。 从我小时候第一次接触无线电探空仪以来，我一直对它们非常着迷。小时候的我常常思考，世界各地的气象局发放大量的探空仪，用来测控不同海拔高度大气的温度、压强和风速，这种做法似乎太奢侈了；另一个常常使我兴奋的想法是这些放飞了的探空仪，能否降落在我家附近，这样我就可以把它们回收起来，并拆开研究了。 那段时光，我在野外度过了很多时间，但是我从来没有找到过坠落的无线电探空仪。最为接近的情况是，我找到一个气球，上面写着它是由印第安纳州的一群学生发放的。当时我在康涅狄格州。但这群孩子并没有把任何电子设备挂在他们的气球上，这令我很是失望。所以，我们来看看无线电探空仪到底是什么，它们是如何工作的，以及如何做才能增加找到它们的几率。 气象学家早就知道，获取高层大气的数据对于准确预报天气来说至关重要。早在第十九世纪，风筝和系留气球就被用以测量高层大气的温度和压强。但受当时的测量仪器限制，早期的气象数据大部分是不够精确的，但是同样也很有价值。气象学家也曾经使用过一种自由落体气象探空仪，这种探空仪依靠降落伞滑翔落回地面。但由于无法对其进行跟踪，当时的气象预报员必须在处理数据之前，依靠人力对设备进行搜寻和回收。 采集到的气象数据需具有实时性，才能对天气预报有所帮助。等到20世纪20年代，当时电子技术得到了长足进步，能够实现真正的空中遥测。 凭借简单的气象测量仪器和无线电发射机，无线电探空仪诞生了。 在真空电子管时代，无线电探空仪采用机电传感器，体积显得有些笨重。数据编码形式通常采用摩尔斯编码。并且早期采用的电池寿命也有限。尽管如此，这些早期无线电探空仪探测到的气象数据对天气预报产生了重大影响，并逐渐变得至关重要。几家公司也开始批量生产无线电探空仪。 在过去的80年中，无线电探空仪的设计有了明显的变化，但到今天为止，无线电探空仪测量的三个主要参数还是：空气温度、露点温度、大气压。在GPS卫星出现之前，无线电探空仪依靠测高仪者一种类似于风速计的水平转轮来测量实时高度。 现在无线电探空仪上添加了GPS接收机，可以将测量到的高度、经纬度数据实时回传到地面。由此无线电探空仪不仅可以提供大气垂直切面的数据，还能够提供关于风速、风向的数据。任何一个高空无线电探测器只要能够提供上述数据就被称为无线电探空仪。但这种表述并不全面，但实际上无论返回何种数据，这些设备都可以被统称为无线电探空仪。 现在国际上通用的探空仪主要由两家公司生产。其中维萨拉（Vaisala）是一家芬兰公司，其创始人Vilho Vaisala在20世纪30年代开创了早期无线电探空制造的先河，现在这家公司在国际无线电探空仪市场上拥有巨大的市场份额（这真的是统治级的份额）。美国国家气象局却直到2014年才采用洛克希德 -马丁公司生产LMS6探空仪替换它们一直使用的自主研制的、采用陈旧标准的探空仪，尽管其他许多机构都采用了维萨拉（Vaisala）公司的探空仪。 每天发放两次，从不间断。 每天在UTC时间的00:00时和12:00时左右，世界各地的气象站基本上都要进行两次探空仪的发放。从使用氦气或氢气为探空气球充气，到调试探空仪并与气球连接，世界各地发放探空仪的流程基本相同。一旦释放，探空气球将以300m/min的速度携带探空仪快速升空，整个飞行时间长达两个小时左右，覆盖数百公里。飞行高度达到海拔7Km以上，才能被认为是一次成功的探空仪发放。但大多数发放，探空气球都会在因大气气压下降而最终胀破前，到达海拔25Km之上。飞行高度超过海拔35km的情况也不罕见，并且无线电探空仪在下降过程中还会继续回传数据。 无线电探空仪通常选取403MHz或1680MHz频段。调制方法和传输速率则因型号而异，大多数维萨拉斯（Vaisala）公司的探空仪采用高斯频移键控（GFSK）的调制方式。发射机的输出功率通常很低，约在50到100mW范围内，但也足以在探空仪升空至距离地面几百米后，进行视距的信号传输。 捕获探空仪信号和并实时解码是可能的。首先需要查找到附近发放无线电探空仪的气象站；然后，了解到他们发放的是何种型号的探空仪；如果恰巧是维萨拉（Vaisala）的探空仪，那么使用通用的UHF调频接收器以及该公司公布的软件协议，就能接受数据并进行解码。在RTL-SDR.com网站上有关于使用无线电探空仪的详细教程，包括天线设计、在地图上绘制GPS轨迹等全部内容。 维萨拉探空系统的地面接收天线 至于在野外发现落地的探空仪，这当然是可能的。谷歌一下，你就会发现，在社交媒体上有很多人们发布了在田间枝头找到的探空仪的照片。就我个人而言，一方面可能是我运气不好，另一方面我住在斯波坎（Spokane）的下风区，距离华盛顿的国家气象局只有40英里。我怀疑大部分探空仪都会从我头顶飞过，并坠落在从爱达荷州（Idaho）到蒙大纳州（Montana）广袤的森林里。所以探空仪被我找到的机会很小，但这并不影响我尝试监听它们发射的数据。 |
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