超声波雪深测量系统的研制
发布时间：2020-09-20 20:24
降雪量的大小对水资源调配、工农业生产、交通运输、气象监测等方面都有重大的影响,是气象探测中的一个重要观测数据。目前我国气象部门对积雪深度以人工观测为主,存在时效性差,时空密度不足等诸多弊端,不能全面、连续反映积雪的变化过程,为此,需要研制能够自动观测积雪深度变化的测量系统。现阶段,国外市场超声波雪深测量仪器已经开始实现商品化,其产品在测量精度、测量范围等方面均处于领先水平,市场占有率十分高。而国内针对超声波雪深测量技术的研究起步较晚,仅有个别厂商生产出成型的产品,但同国外同类产品相比仍存在较大差距,因此迫切需要自主创新,提高市场竞争力和占有率。值得注意的是,国内外相关科研机构及学者对于雪深测量的研究,大部分都是基于传统时差法,通过对硬件电路的改进来提高测量精度而展开的,随着空间干扰环境的日益复杂,尤其是空气中存在大量Alpha稳定分布噪声时,雪深测量的精准度会严重下降。因此,如何有效地抑制测量环境中大量存在的噪声,从而提高测量的精准度是雪深测量中的重点研究问题。针对以上问题,受长春气象仪器研究所校企合作项目委托,对雪深测量技术展开研究,并将相关技术应用到产品研发中。本文以Alpha稳定分布噪声为背景,研制了基于超声波法的宽范围、高精度的雪深测量系统,解决了现有的雪深测量系统中存在的测量范围小、精度低、抗噪声,干扰能力差等问题。首先,设计了一种相位翻转的超声回波信号模型,构建了一种超声回波信号的高斯模型,来模拟超声波传感器脉冲响应信号,用于时延估计算法的研究;接着,提出了三种雪深测量方法,分别是基于分数低阶循环相关时延估计算法的雪深测量方法、基于归一化互相关时延估计算法的雪深测量方法和基于相敏检波时延测量算法的雪深测量方法,并对这三种算法进行了理论分析、推导和仿真实验,验证了算法的可行性及其相关性能;最后搭建雪深测量系统验证本文所提出的三种雪深测量方法,主要包括硬件电路的设计、软件程序的编写和针对系统的一系列实测实验,产品样机的检验结果考察了系统的准确性和稳定性,印证了基于这三种雪深测量方法的超声波雪深测量系统满足本文提出的设计要求,主要技术指标达到国内先进同类产品的水平。本文所设计的超声波雪深测量系统均考虑了环境温度对于测量造成的影响,进一步提高了系统的精准度,为公众提供了有价值的气象信息,应用前景十分广泛。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P414.95
【部分图文】：
吉林大学硕士学位论文深测量系统进行一系列模拟联合验证，意在提高其测量的精准度[22-26]。2005 年至2008 年，雪深测量的原理推动了水文测量的发展[27]。2008 年至今，科研人员一直在不遗余力的研究超声波雪深测量系统，以期降低成本，扩大测量范围，提高测量的精准度。目前，国外市场超声波雪深测量仪器已经开始实现商品化，其中较为突出的公司，如美国的 Campbell 公司[28]，Judd 公司[29]，Polaroid 公司[30]，日本的气象局[17]等。他们的产品在测量范围、测量精度、超声波传感器的制作和硬件电路的设计始终处于世界领先水平，市场占有率十分高[29]。如图 1.1 和 1.2 所示，分别为市场占有率较高的美国 Compbell 公司和 Judd 公司生产的超声波雪深测量仪。值得注意的是，美国在超声波雪深测量系统的设计和研究中有着明显的优势，他们的仪器在消除外界影响、提高测量精度方面拥有其独到之处[17;31]。
吉林大学硕士学位论文深测量系统进行一系列模拟联合验证，意在提高其测量的精准度[22-26]。2005 年至2008 年，雪深测量的原理推动了水文测量的发展[27]。2008 年至今，科研人员一直在不遗余力的研究超声波雪深测量系统，以期降低成本，扩大测量范围，提高测量的精准度。目前，国外市场超声波雪深测量仪器已经开始实现商品化，其中较为突出的公司，如美国的 Campbell 公司[28]，Judd 公司[29]，Polaroid 公司[30]，日本的气象局[17]等。他们的产品在测量范围、测量精度、超声波传感器的制作和硬件电路的设计始终处于世界领先水平，市场占有率十分高[29]。如图 1.1 和 1.2 所示，分别为市场占有率较高的美国 Compbell 公司和 Judd 公司生产的超声波雪深测量仪。值得注意的是，美国在超声波雪深测量系统的设计和研究中有着明显的优势，他们的仪器在消除外界影响、提高测量精度方面拥有其独到之处[17;31]。
图 1.3 华云 DSJ1 型超声波测雪仪 图 1.4 中慧 BYT-FER2-X 型超声波测雪1.4 时延估计的研究现状时延估计的理论和技术是由水声目标定位及信号处理的发展而产生的[33]年代以来，随着信息论、信号检测理论和计算技术的发展以及各种应用领域对延估计的需求，时延估计理论得到了迅速的发展。
本文编号：2823104
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P414.95
【部分图文】：
吉林大学硕士学位论文深测量系统进行一系列模拟联合验证，意在提高其测量的精准度[22-26]。2005 年至2008 年，雪深测量的原理推动了水文测量的发展[27]。2008 年至今，科研人员一直在不遗余力的研究超声波雪深测量系统，以期降低成本，扩大测量范围，提高测量的精准度。目前，国外市场超声波雪深测量仪器已经开始实现商品化，其中较为突出的公司，如美国的 Campbell 公司[28]，Judd 公司[29]，Polaroid 公司[30]，日本的气象局[17]等。他们的产品在测量范围、测量精度、超声波传感器的制作和硬件电路的设计始终处于世界领先水平，市场占有率十分高[29]。如图 1.1 和 1.2 所示，分别为市场占有率较高的美国 Compbell 公司和 Judd 公司生产的超声波雪深测量仪。值得注意的是，美国在超声波雪深测量系统的设计和研究中有着明显的优势，他们的仪器在消除外界影响、提高测量精度方面拥有其独到之处[17;31]。
吉林大学硕士学位论文深测量系统进行一系列模拟联合验证，意在提高其测量的精准度[22-26]。2005 年至2008 年，雪深测量的原理推动了水文测量的发展[27]。2008 年至今，科研人员一直在不遗余力的研究超声波雪深测量系统，以期降低成本，扩大测量范围，提高测量的精准度。目前，国外市场超声波雪深测量仪器已经开始实现商品化，其中较为突出的公司，如美国的 Campbell 公司[28]，Judd 公司[29]，Polaroid 公司[30]，日本的气象局[17]等。他们的产品在测量范围、测量精度、超声波传感器的制作和硬件电路的设计始终处于世界领先水平，市场占有率十分高[29]。如图 1.1 和 1.2 所示，分别为市场占有率较高的美国 Compbell 公司和 Judd 公司生产的超声波雪深测量仪。值得注意的是，美国在超声波雪深测量系统的设计和研究中有着明显的优势，他们的仪器在消除外界影响、提高测量精度方面拥有其独到之处[17;31]。
图 1.3 华云 DSJ1 型超声波测雪仪 图 1.4 中慧 BYT-FER2-X 型超声波测雪1.4 时延估计的研究现状时延估计的理论和技术是由水声目标定位及信号处理的发展而产生的[33]年代以来，随着信息论、信号检测理论和计算技术的发展以及各种应用领域对延估计的需求，时延估计理论得到了迅速的发展。
【参考文献】
相关期刊论文 前6条
1 汪艳;张小凤;张光斌;孙秀娜;王彩峰;;基于高斯模型的多重超声回波信号重数估计[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2015年01期
2 汤勇;熊兴中;;基于分数低阶统计量的时延估计算法性能分析[J];四川理工学院学报(自然科学版);2014年04期
3 郭莹;孟彩云;;改进的LMS自适应时延估计方法[J];沈阳工业大学学报;2013年02期
4 廖磊;张晓青;李东;;特定消谐PWM在抑制相敏检波器谐波响应中的应用[J];北京信息科技大学学报(自然科学版);2010年04期
5 李小朋;辛云宏;;基于互双谱时延估计的供水管道检漏系统研究[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2010年05期
6 刘小平,陈勇;新疆融雪措施对环境的影响及其防治对策[J];新疆环境保护;2005年02期
相关博士学位论文 前2条
1 卢振坤;参数化的超声回波模型及其参数估计[D];华南理工大学;2013年
2 刘文红;脉冲噪声下时间延迟估计方法及应用的研究[D];大连理工大学;2007年
相关硕士学位论文 前3条
1 虞敏;积雪深度激光测量仪的研究设计[D];南京信息工程大学;2012年
2 于子敏;高速公路积雪深度检测系统设计[D];南京信息工程大学;2011年
3 高迪;基于电磁矢量传感器阵列的循环平稳信号的参数估计的方法研究[D];吉林大学;2007年
本文编号：2823104
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qxxlw/2823104.html
