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【doc】适用于中国多种地面接收设备的新型数字探空仪.doc

【doc】适用于中国多种地面接收设备的新型数字探空仪

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2017-11-26 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《【doc】适用于中国多种地面接收设备的新型数字探空仪doc》,可适用于综合领域

【doc】适用于中国多种地面接收设备的新型数字探空仪适用于中国多种地面接收设备的新型数字探空仪Noo气象水文海洋仪器DecOoo适用于中国多种地面接收设备的新型数字探空仪上海无线电二十三厂李吉明冯达礼摘要为适应不断发展的高空气象探测业务的需求,笔者在现有国产电子探空仪和相关产品的基础上采用先进器件和技术研制出一种能适用多种地面接收设备的新型数字探空仪文章重点介绍了这种新型数字探空仪的研制过程,并提供了仪器的考核试验报告关键词新型数字探空仪测风雷达GPS接收机副载波一中国高空气象探测系统现状和发展方向中国高空站网尚在大量使用的探测系统创建于O年代,它包括GZZ型机械转筒式探空仪与二次测风雷达该系统的探测精度在当时达到了高空探测系统的世界中上水平但随科学技术的迅速发展,特别是国际上电子探空仪的大规模业务使用,该系统已明显落后,急需更新换代我厂在年前后研制的GZZ型探空仪采用的是机械变形式传感器及机械编码方式,其灵敏度低,辐射误差和滞后系数大,特别是高层更为明显近年来无线通信事业的迅速发展使工作在MHz频率的GZZ型探空仪信号受到不同程度的MHz同频干扰,以致影响到高空探测业务的正常进行,在经济发达的东部地区尤为严重为了适应今后高空气象探测业务需要,中国气象局已明确向生产厂家提出了研制新的探测系统和改造现系统的要求中国未来的高空探测系统目标已确定为GPS探空仪系统但考虑到目前GPS探空仪的价格因素,目前只能发展配MHz二次测风雷达的新型探空仪作为过渡此外,考虑到新的高空探测系统不可能在短时间内装备全国高空气象站,因此还要求厂家同时也研制满足现行的二次测风雷达要求的新探空仪考虑到GPS技术迅猛发展和WMO对GS基准高空站的要求,气象局还要求厂家研制能与GPS接收机相匹配的探空仪,形成GPS导航测风高空探测系统为此,我厂研制生产了一种新型数字探空仪二新型数字式探空仪的研制设计思想()用户要求用户对探空仪总体要求是满足WMO对常规高空探测精度的各项指标由于我国处于高空西风带内,探空仪辐射功率应满足最大探测距离(l吼)和接收机信噪比要求,并要求探空仪使用简便,重量轻,储存稳定性好,价格便宜等总之,用户希望厂家能No李吉明等:适用于中国多种地面接收设备的新型数字探空仪在较短的时问内提供性能价格比达到国际水平的电子探空仪()指导思想根据用户提出的总体技术要求研制新型探空仪的指导思想是在我国电子探空仪和相关产品已取得的各项成果基础之上,尽可能地采用先进器件,先进技术,缩短研制周期,提高性能价格比为同时满足气象局对三种探空仪的需求,新探空仪采用模块化结构,通过与各种发射机和传感器的不同组合,形成系列化产品总体要求()传感器的选择温度传感器:目前采用我厂研制的新型棒状热敏电阻,在测温范围内(,o),其阻值限定在k),k),限体长mm,直径(包括防辐射涂层)约mm今后准备增加金属丝测温元件湿度传感器:采用我厂研制的小型片状湿敏电阻该元件具有测湿范围广,性能稳定,互换性好,响应速度快等优点其尺寸为:××mm今后准备增加湿敏电容测湿元件气压传感器:分别采用了我厂试制的mm的内电容膜盒(,hPa,容量变化为,pf),和PC型硅阻半导体()智能化转换器新型探空仪的转换器对各种传感器应具有良好的兼容性(如变阻,变容,变电压,变电流等),其输出应能适应各种类型发射机(如配无线电经纬仪,配不同制式的二次测风雷达,配GPS接收机等)过去我们所研制的一般测量振荡器是难于达到上述要求的经过反复论证,我们决定采用软件双积分AD转换方式它由RV,CAr转换器,放大器,多路开关,积分器,比较器,单片机等构成(见下图)智能化数字转换器具有低成本,高精度(优于位)的特点智能转换器最多可以测量个要求值,采样周期约SS发送探空仪数据,包括探空仪号码共有个字节S休息时问,可供发射机发送测距信号,或转发GPS各类参数(为保证GPS参数完整性,智能转换器中的单片机输出信号受控于GPS接收机)()副载波技术气象水文海洋仪器Deco为了顺利实现数字探空仪一二次测风雷达探测系统,一要做到二次测风雷达不做任何改动,二要尽量减少同频信号干扰七十年代我们曾用雷达接收电子探空仪信号,发现雷达发射机信号会影响电子探空仪测量频率,必需增加控制设备,在雷达接收电子探空仪TPU测量脉冲时,关闭雷达发射机,在TPU信号的问隔时问内再开启雷达发射机,进行测距为了解决上述两个问题,我们在探空仪上增加了晶振副载波调制,在地面设备中增加一个专用解调器,实现了减少同频信号干扰和不控制雷达发射机两个问题此项技术在数字探空仪的现场施放考核中,与雷达配合成功地施放了次此项技术也已应用于少量系统气象台站,并在逐步增加这些台站施放高度都有明显的提高例如上海气象台年球炸率从上升到解决的关键技术实现AI)转换器的方法很多考虑到探空仪采样速率不高,但精度要求很高,而且对成本要求很严(数字探空仪批量生产的销售价格,只抵国际上同类产品的二分之一),因此选用了软件双积分AD转换方案,转换精度要求优于万分之二本方案由单片机和外部积分器,比较器,开关电路等构成但转换稳定性,尤其是低温稳定性是一个难题半导体硅阻制成的压力传感器,虽然具有高灵敏度,低迟滞性能,但温度系数很大,在以上可达,以下可达以上,而且是非线性,这是另一个技术难题我厂经过反复试验,通过工艺措施和软件补偿,最终解决了上述两个技术难题三考核情况以下是中国气象局大气探测综合试验基地提交给我厂的考核试验报告静态测试我厂数字探空仪于年月和年月在中国气象局大气探测综合试验基地进行了两次静态测试,分别从套和套中各抽查探空仪套传感器静态测试结果如表表l传感器静态测试结果温度湿度气压指标要求测试结果指标要求测试结果指标要求测试结果lhPaRH(ohPa以hPa(以上)RH上)hPalRHRHhPahPa(以下)(hPa以hPa下)动态考核我厂数字探空仪分别于年l月和年,月在中国气象局大气探测综合试验基地进行了两次动态考核试验()第一次动态考核与芬兰Vaisala公司的GPS测风系统进行次对比,结果两者气压平均差值在No李吉明等:适用于中国多种地面接收设备的新型数字探空仪hPa和一hPa之间温度平均差值在与一之间相对湿度在低空较吻合()第二次动态考核第二次动态考核从月日到l月日共施放了次与VaisalaGPS探空仪每分钟同步对比结果如下a气压:与GPS相比,气压只差hPa此次用一年存放的老仪器与GPS对比的系统差比去年新出厂的仪器小b温度:数字探空仪的温度记录夜间系统偏低,但不超过一白天偏高,但在hPa以下不超过,在高空不超过这次可能与热敏电阻涂层不够厚,太阳辐射误差偏大有关c相对湿度:数字探空仪低空偏低以下,hPa以上高空偏高表给出了年VIZ,AIR,型与芬兰的RS国际对比LJ及这次数字探空仪与RSR对比结果表国际对比结果耋VIZAIR型数字探空仪气压(hpa可以看到,在低空,数字探空仪优于型,与美国,芬兰仪器的差异不大,上升到ohPa高度,这四种仪器的测值都大于芬兰的RS,但数字探空仪与芬兰RS差值最小()数字探空仪偶然误差为了测定偶然误差,用同样的传感器和测量电路分别配L波段雷达和雷达进行双施放对比的结果如下a气压lhPab温度:夜间小于,白天小于C相对湿度:在对流层均不超过四结语经过用户初步测试,现场对比施放考核表明,我厂研制的数字式探空仪具有采样率高,探测精度高,抗干扰性能好,可靠性高,价格低廉且可适用于中国多种探空地面设备等优点经进一步改进提高后,必将明显提高中国高空观测的质量和获取资料的可靠性致谢:中国气象局大气探测综合试验基地对我厂两种数字式探空仪进行了严格的测试和现场对比施放,并提交了可靠的试验报告中国气象局黄炳勋教授对数字探空仪的考核测试及本文提出过重要意见特此致谢

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