具有高精度温度传感器的北斗探空仪设计
发布时间：2020-09-12 14:23
探空仪由氦气球或氢气球搭载以5～6 m/s上升速度进入高空,探空仪携带温度传感器、气压传感器、湿度传感器、GPS定位模块、无线通信模块等测量不同高度上的温度、气压、湿度等大气物理参数,并通过内置无线传输单元将测量到的数据传输至地面工作站,为天气预报、气候分析、气象研究等领域提供基本的大气状态信息。GPS全球导航卫星定位系统被美国军方掌握,如果把我国高空气象探测业务建立在美国的GPS定位系统上,国家安全就会令人忧心。探空温度传感器在测量温度时,容易受到太阳辐射的影响而产生太阳辐射误差,太阳辐射误差值有时甚至超过3℃,严重制约了探空温度测温精度的提高。本文提出并设计了一款基于国产北斗芯片的北斗探空仪,既可打破GPS在该领域的垄断地位,保证国家安全,又可节省引进该类设备所需的庞大开支。针对太阳辐射影响探空温度传感器测量精度的问题,设计了一种基于24位∑-ΔADC高精度温度测量的电路。搭建了太阳辐射模拟实验平台并在高低温低气压实验箱中进行实验,提出一种利用Levenberg-Marquardt(L-M)算法拟合出太阳辐射误差修正方程的方法。实验结果表明,该探空温度传感器及其算法将温度传感器的均方根误差从0.88 ℃降低至0.28 ℃,提高了探空温度传感器的测量精度,在高空气象探测领域具有一定的应用潜力。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH765.1
【部分图文】：
Ｙ逡逑ｈ＾ｈ逡逑图１．２地面接收及显示系统逡逑１．３国内外研宄现状逡逑探空仪起源于２０世纪３０年代，１９３１年１２月，芬兰Ｖａｉｓａｌａ教授发明了第１个机电逡逑式探空仪，在接下来的５０年里，又生产了邋ＲＳ８０探空仪，与机电式探空仪不同的是，逡逑ＲＳ８０是模拟电子探空仪，性能更加先进。ＲＳ９２无线探空仪的出现标志着探空仪系统的逡逑全部数字化，也是Ｖａｉｓａｌａ无线电探空技术发展的转折点。芬兰Ｖａｉｓａｌａ邋ＲＳ９２型探空仪如逡逑图１．３所示。逡逑图１．３芬兰Ｖａｉｓａｌａ邋ＲＳ９２型探空仪逡逑全球定位系统（ＧＰＳ）的出现和快速发展，为高空气象探测业务注入了新鲜血液的逡逑同时也带来了生机。ＧＰＳ探空仪相比于传统无线电探空仪具有以下优点：使用了航天技逡逑术；采用了稳定度更高的时钟系统；使用扩展频谱技术；使用新技术，提高了导航精度；逡逑相比雷达探空系统，ＧＰＳ探空系统自动化程度大大提高，地面系统结构更加简单。Ｖａｉｓａｌａ逡逑公司成功地将ＧＰＳ技术应用到高空气象探测业务上
ＲＳ８０是模拟电子探空仪，性能更加先进。ＲＳ９２无线探空仪的出现标志着探空仪系统的逡逑全部数字化，也是Ｖａｉｓａｌａ无线电探空技术发展的转折点。芬兰Ｖａｉｓａｌａ邋ＲＳ９２型探空仪如逡逑图１．３所示。逡逑图１．３芬兰Ｖａｉｓａｌａ邋ＲＳ９２型探空仪逡逑全球定位系统（ＧＰＳ）的出现和快速发展，为高空气象探测业务注入了新鲜血液的逡逑同时也带来了生机。ＧＰＳ探空仪相比于传统无线电探空仪具有以下优点：使用了航天技逡逑术；采用了稳定度更高的时钟系统；使用扩展频谱技术；使用新技术，提高了导航精度；逡逑相比雷达探空系统，ＧＰＳ探空系统自动化程度大大提高，地面系统结构更加简单。Ｖａｉｓａｌａ逡逑公司成功地将ＧＰＳ技术应用到高空气象探测业务上，目前，全球大约６７％的ＧＰＳ探空逡逑仪都是由Ｖａｉｓａｌａ公司生产的［１５］。逡逑除了芬兰Ｖａｉｓａｌａ公司生产的ＲＳ９２探空仪，代表全球最新的探空仪还有日本Ｍｅｉｓｅｉ逡逑Ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ＣｏNｔｄ公式生产的ＲＳ－０１Ｇ探空仪、美国Ｓｉｐｐｉｃａｎ邋Ｉｎｃ公司生产的ＭＡＲＫＩＩ邋Ａ逡逑探空仪、瑞士邋Ｍｅｔｅｏｌａｂｏｒ邋ＡＧ公司生产的ＳＲＳＣ３４型探空仪、法国Ｍｉｄｅｍ公司生产的逡逑３逡逑
国气象局关于发展现代气象业务的意见》中表明，争取在２００９到２０１０年筛选出国产逡逑ＧＰＳ探空仪系统。从２００８年开始，中国气象局就开始着手联合国内生产探空仪的厂家逡逑进行探空仪系统的实验和研发工作，其中以国产ＧＴＳＩ为代表，国产ＧＴＳＩ如图１．４所示。逡逑和芬兰ＶａｉｓａｌａＲＳ９２型探空系统比较发现，国产ＧＰＳ探空仪除了由于技术和工艺水平导逡逑致的相对湿度准确性有差距外，在ＧＰＳ定位相关的经纬度、位势高度、风速风向和气逡逑压等气象要素和芬兰ＶａｉＳａｌａＲＳ９２型探空仪系统相当，接近并达到了较高的水准。同时逡逑资料数据表明，国产ＧＰＳ探空仪系统在消除太阳辐射误差仍与国际先进的探空仪生产逡逑厂家有一定的水平差距［１６］。逡逑１望｜v渲咤义贤迹保垂牵裕樱碧娇找清义希保唇档吞舴涠晕露却衅饔跋斓拇撤椒ㄥ义显诟呖掌筇讲馐保懵对诖笃械奶娇瘴露却衅魇艿教粽丈洌碧舴湔斟义仙涞教娇瘴露却衅鞯谋砻媸保娇瘴露却衅魍ü湮盏姆绞绞固娇瘴露却衅麇义系奈露壬撸⑶艺飧鑫律釉谔娇瘴露却衅魉獾谜媸荡笃露壬希饩拖嗟卞义嫌诟娇瘴露却衅髦苯蛹尤
本文编号：2817743
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH765.1
【部分图文】：
Ｙ逡逑ｈ＾ｈ逡逑图１．２地面接收及显示系统逡逑１．３国内外研宄现状逡逑探空仪起源于２０世纪３０年代，１９３１年１２月，芬兰Ｖａｉｓａｌａ教授发明了第１个机电逡逑式探空仪，在接下来的５０年里，又生产了邋ＲＳ８０探空仪，与机电式探空仪不同的是，逡逑ＲＳ８０是模拟电子探空仪，性能更加先进。ＲＳ９２无线探空仪的出现标志着探空仪系统的逡逑全部数字化，也是Ｖａｉｓａｌａ无线电探空技术发展的转折点。芬兰Ｖａｉｓａｌａ邋ＲＳ９２型探空仪如逡逑图１．３所示。逡逑图１．３芬兰Ｖａｉｓａｌａ邋ＲＳ９２型探空仪逡逑全球定位系统（ＧＰＳ）的出现和快速发展，为高空气象探测业务注入了新鲜血液的逡逑同时也带来了生机。ＧＰＳ探空仪相比于传统无线电探空仪具有以下优点：使用了航天技逡逑术；采用了稳定度更高的时钟系统；使用扩展频谱技术；使用新技术，提高了导航精度；逡逑相比雷达探空系统，ＧＰＳ探空系统自动化程度大大提高，地面系统结构更加简单。Ｖａｉｓａｌａ逡逑公司成功地将ＧＰＳ技术应用到高空气象探测业务上
ＲＳ８０是模拟电子探空仪，性能更加先进。ＲＳ９２无线探空仪的出现标志着探空仪系统的逡逑全部数字化，也是Ｖａｉｓａｌａ无线电探空技术发展的转折点。芬兰Ｖａｉｓａｌａ邋ＲＳ９２型探空仪如逡逑图１．３所示。逡逑图１．３芬兰Ｖａｉｓａｌａ邋ＲＳ９２型探空仪逡逑全球定位系统（ＧＰＳ）的出现和快速发展，为高空气象探测业务注入了新鲜血液的逡逑同时也带来了生机。ＧＰＳ探空仪相比于传统无线电探空仪具有以下优点：使用了航天技逡逑术；采用了稳定度更高的时钟系统；使用扩展频谱技术；使用新技术，提高了导航精度；逡逑相比雷达探空系统，ＧＰＳ探空系统自动化程度大大提高，地面系统结构更加简单。Ｖａｉｓａｌａ逡逑公司成功地将ＧＰＳ技术应用到高空气象探测业务上，目前，全球大约６７％的ＧＰＳ探空逡逑仪都是由Ｖａｉｓａｌａ公司生产的［１５］。逡逑除了芬兰Ｖａｉｓａｌａ公司生产的ＲＳ９２探空仪，代表全球最新的探空仪还有日本Ｍｅｉｓｅｉ逡逑Ｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ＣｏNｔｄ公式生产的ＲＳ－０１Ｇ探空仪、美国Ｓｉｐｐｉｃａｎ邋Ｉｎｃ公司生产的ＭＡＲＫＩＩ邋Ａ逡逑探空仪、瑞士邋Ｍｅｔｅｏｌａｂｏｒ邋ＡＧ公司生产的ＳＲＳＣ３４型探空仪、法国Ｍｉｄｅｍ公司生产的逡逑３逡逑
国气象局关于发展现代气象业务的意见》中表明，争取在２００９到２０１０年筛选出国产逡逑ＧＰＳ探空仪系统。从２００８年开始，中国气象局就开始着手联合国内生产探空仪的厂家逡逑进行探空仪系统的实验和研发工作，其中以国产ＧＴＳＩ为代表，国产ＧＴＳＩ如图１．４所示。逡逑和芬兰ＶａｉｓａｌａＲＳ９２型探空系统比较发现，国产ＧＰＳ探空仪除了由于技术和工艺水平导逡逑致的相对湿度准确性有差距外，在ＧＰＳ定位相关的经纬度、位势高度、风速风向和气逡逑压等气象要素和芬兰ＶａｉＳａｌａＲＳ９２型探空仪系统相当，接近并达到了较高的水准。同时逡逑资料数据表明，国产ＧＰＳ探空仪系统在消除太阳辐射误差仍与国际先进的探空仪生产逡逑厂家有一定的水平差距［１６］。逡逑１望｜v渲咤义贤迹保垂牵裕樱碧娇找清义希保唇档吞舴涠晕露却衅饔跋斓拇撤椒ㄥ义显诟呖掌筇讲馐保懵对诖笃械奶娇瘴露却衅魇艿教粽丈洌碧舴湔斟义仙涞教娇瘴露却衅鞯谋砻媸保娇瘴露却衅魍ü湮盏姆绞绞固娇瘴露却衅麇义系奈露壬撸⑶艺飧鑫律釉谔娇瘴露却衅魉獾谜媸荡笃露壬希饩拖嗟卞义嫌诟娇瘴露却衅髦苯蛹尤
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