本文设计了一种球载探空仪系统,实现对雷暴云中各种水成物粒子的图像拍摄和相关大气参数的数据采集,并根据探空仪前端信号传输需求,提出无线图像模拟传输和无线数据传输的混合无线传输方案。根据远距离传输需求,设计了带有自动跟踪功能的定向天线接收系统,将探空仪拍摄的图像和采集的数据可靠地传输到地面,在测控计算机中进行相关处理、图形化显示和数据存储。球载探空仪组成部分包括：微粒图像采集模块、微粒电量传感器、GPS接收模块、温湿度传感器、无线图像发射模块、无线数传发射模块,发射天线及供电电路模块等部分。地面接收系统分为：无线图像接收模块、无线数传接收模块、功率分配器、接收天线、跟踪系统及测控计算机等。文中详细阐述了各组成部分的工作原理及实现方法,完成了各模块硬件设计、制作和调试工作,并完成了整体电气连接和系统调试、测试。采用模数混合无线传输方案,极大地降低了探空仪数据处理部分的设计复杂度,接收系统中采用定向高增益接收天线,并设计配套的自动跟踪系统,使定向接收天线的主波束自动对准目标探空仪,极大地延长了无线传输的距离,可达20Km。根据所设计球载探空仪前段采集数据的特点,比较各种跟踪方案跟踪性能和实现复杂度的基础上,在接收系统中设计了基于GPS定位数据的自动跟踪机构,并设计手动跟踪辅助功能,完成各部分硬件制作和软件编写。通过实验室调试、多次野外测试,验证了设计方案的可行性,测试结果表明：系统稳定运行,通信距离远,抗干扰能力强,实用性强。本课题来源于中科院寒区旱区环境与工程研究所“国家自然科学青年基金”项目,基金批准号：40905001。