极地海冰侧向融化远程监测系统研究与设计

发布时间：2020-03-21 09:31

【摘要】：随着人类对南北极的不断探索,人们对南北极展开了各种领域的研究,而海冰在南北极的研究中占有很大的比重。海冰是气候系统的重要组成部分,也因其对气候变化的敏感性,被称为气候变化的指示剂。最近十几年,北冰洋海冰范围和厚度都呈现快速减小的趋势,监测南北极海冰的变化,有利于提高我们对气—冰—海相互作用机理的认识,对世界气候的研究有重要的意义。目前,作为海冰融化基本参数之一的冰厚度的现场资料因监测过程不连续,精度低于毫米量级,从而掩盖了冰层厚度变化的细微过程,成为一个尚未解决的难题。而我国的水文测量、冰川物质平衡和极地海冰研究更缺少连续的高精度观测数据,这迫切要求加强冰生消过程监测和提高数据的精度。本文在总结国内外海冰监测技术的研究现状以及优缺点的基础上,针对海冰的侧向融化监测问题,研究设计了基于水下超声波测距和铱星无线数据传输的海冰侧向融化远程监测系统。论文根据冰的侧向融化监测需求详细研究设计了监测方案,包括水下超声波传感器,铱星无线传输模块,GPS模块,SD卡存储模块,信号处理与数据采集模块等,成功研制了海冰侧向融化远程监测系统,实现了在无人值守的恶劣环境下对海冰侧向融化数据的长期连续远程监测。本文所设计的监测系统利用水下超声波传感器阵列来监测海冰的侧向融化过程,并采用限幅平均滤波算法对采集到的数据进行滤波,采用标杆测量法来进一步减小误差,提高测量精度,然后将对应编号的传感器数据与时间等信息打包后存储于大容量的SD卡中,并同时通过铱卫星网络通信将数据实时传回远程终端,具有经济性好、实时性强、精度较高、无人值守等优点。本文所设计的监测系统分别进行了常温水下实验、低温实验室测试,以及野外结冰湖面环境下的低温实验,实验结果初步表明该海冰侧向融化监测系统具有较可靠的稳定性,精确性,数据存储容量大,实时传输丢包率低等优点,为研究海冰的侧向融化过程提供了自动化监测方案和数据支持,为进一步推动北极科考活动中的海冰侧向融化监测提供了一种新的技术实现手段。
【图文】：

监测系统组成及各部分功能距过程中的问题进行分析改进精度改进方法。的硬件电路分别进行设计实能的软件进行设计实现并测试实现。境的侧向融化监测中测试应-1 所示：

13图 2-1 结冰湖面测试及安装环境超声波测距是海冰侧向融化监测的重要部分，，在水下超声波后，作者于 2016 年 2 月 28 日至 3 月 5 日在内蒙古乌梁素海
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P715;P731.15

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本文编号：2593133