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探空式气象检测微系统的研究与应用开发

探空式气象检测微系统的研究与应用开发

作者：孙凯东南大学

学位级别：硕士

气象检测关系着人们日常生活的诸多领域,高空气象检测利用感应元件直接感应探测大气气象要素,其测量数据更真实、更准确、更可靠。高空气象检测最主要实用的方法是利用无线电探空仪直接探测,无线电探空仪系统的核心主体是探空仪,而探空... 详细信息

气象检测关系着人们日常生活的诸多领域,高空气象检测利用感应元件直接感应探测大气气象要素,其测量数据更真实、更准确、更可靠。高空气象检测最主要实用的方法是利用无线电探空仪直接探测,无线电探空仪系统的核心主体是探空仪,而探空仪的核心元件是气象传感器。在气象检测领域引入微系统的概念,从而形成了气象检测微系统,它具有体积小、重量轻、可靠性高、成本低的特点,可以广泛应用于诸如自动气象站、手持式气象仪或者探空仪等气象检测系统中。通过分析现有的探空仪系统的发展现状,针对探空仪的实际应用需求,并根据探空式气象检测微系统的设计性能指标和要求达到的目标,本文并从系统硬件和系统软件两个角度,分别介绍了系统的总体框架结构和设计流程。系统硬件方面,主要包括了CMOS MEMS气象微传感器及其信号处理电路的设计、探空仪信号接口电路的设计以及地面数据采集处理模块的设计。本文采用标准CMOS工艺兼容和MEMS微加工后处理技术制作的温度、湿度和气压传感器,利用Protel 99Se制版软件设计了相关电路的原理图和PCB版图,并制作完成整体系统硬件的设计。系统软件方面,主要包括了微控制器C8051F310的程序设计以及各个软件功能模块的程序设计,模块包括数据采集模块、数据运算模块、数据处理模块、数据显示模块和数据通信模块。本文采用Silicon Laboratories IDE集成开发环境,使用汇编语言进行了软件设计开发。在系统软硬件设计的基础上,通过对传感器和系统的测试,探空式气象检测微系统的温度、湿度和气压测量性能符合基本指标要求,其中系统工作温度范围:-40℃至+60℃;温度测试范围:-40℃至+60℃,精度:±0.2℃;湿度测试范围:0%RH至100%RH,精度:±3%RH;气压测试范围:870hPa至1080hPa,精度:±5hPa。最后将自行研制的探空仪信号输出模块与北京维天信公司的发射模块接口,并配合地面无线电经纬仪在北京观象台,即中国气象局大气探测综合实验基地进行了探空仪的实地放飞试验。试验时间共持续约1小时,共采集到1800组探空仪信号的有效数据,每组数据周期为2秒。通过探空仪的实地放飞试验,验证了探空式气象检测微系统方案的可行性,实现了探空仪系统的高空探测基本功能,地面系统成功接受到探空仪信号,并采集到高空中探空仪的实时温度、湿度和气压数据,该数据基本符合当时当地的高空气象信息。本文探空式气象检测微系统的最大创新之处在于探空仪中使用了实验室自行研制的采用标准CMOS工艺兼容和MEMS微加工后处理技术制作的CMOS MEMS气象微传感器,并将其应用到探空仪的实际使用中。将微系统技术应用于气象检测领域,并结合专用集成电路技术和数字信号处理技术的发展,探空式气象检测微系统势必将成为探空仪技术发展的主流方向。

关键词：气象检测微系统探空仪 MEMS 微传感器

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寄生于航管一次雷达中的气象检测系统

寄生于航管一次雷达中的气象检测系统

作者：马晓艳南京理工大学

学位级别：硕士

全固态机场监视一次雷达的研制是为了适应国际和国内飞速发展的民用和军用航空业,改变国内航管一次雷达普遍依赖国外进口的局面。主要用于机场航空交通管制系统,而气象检测为航管一次雷达中的一项重要辅助功能。本论文主要研究了在航管... 详细信息

全固态机场监视一次雷达的研制是为了适应国际和国内飞速发展的民用和军用航空业,改变国内航管一次雷达普遍依赖国外进口的局面。主要用于机场航空交通管制系统,而气象检测为航管一次雷达中的一项重要辅助功能。本论文主要研究了在航管一次雷达中的气象检测如何极大可能地利用本为他用的雷达体制和参数来完成飞行空域的气象状况检测,为机场引导飞机起飞和降落提供危险气象警报。本文论述的寄生气象检测系统是一次雷达中的气象检测通道。该气象检测通道与目标探测通道共用发射机和天线,系统并没有从天线极化器的正交耦合器的射频输出端口提取气象回波,而是在接收通道放大后数字采样后,在信号处理中提取气象信息进行检测。接收输入动态范围为90dB,灵敏度达到-107dBm。接收机共计高、低波束两个通道,不分目标检测和气象检测,两者共用。接收机的每个通道都由高频放大器、中频放大、中频采样、数字正交器组成,另外还有DDS信号产生和频率激励源用来形成雷达发射机所需的S波段脉冲调制激励信号。接收通道中进行动态压缩处理,采用对数通道和STC控制。气象信号处理采取MTD滤波器完成在回波信号中剔除掉无用的虚假回波和干扰,脉压副瓣要求约为40dB。并完成气象幅度数据的提取,进行6个强度等级幅度分层。显示终端以6级点迹轮廓图的形式进行显示。该气象检测系统在十四所研制的航管一次雷达中得到了应用,效果良好。

关键词：航管一次雷达气象检测动态范围数字脉冲压缩 6级轮廓图

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气象检测微系统软件开发

微纳电子技术 2003年第7期40卷 71-73页

作者：胡德胜张中平黄庆安东南大学MEMS教育部重点实验室江苏南京210096

介绍了由硅微传感器组成的自动气象站网络 ,并对整个网络的数据采集和数据处理的系统软件的实现做了详细的说明 ,而且从系统的硬件组成到系统软件的模块设计都作了介绍。本软件完成了从远程控制系统采集现场的气象数据 ,实现了一机对多... 详细信息

介绍了由硅微传感器组成的自动气象站网络 ,并对整个网络的数据采集和数据处理的系统软件的实现做了详细的说明 ,而且从系统的硬件组成到系统软件的模块设计都作了介绍。本软件完成了从远程控制系统采集现场的气象数据 ,实现了一机对多机的数据采集功能。

关键词：气象检测软件开发硅微传感器微电子机械系统自动气象站数据采集串行通信

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固态机场监视雷达的气象检测设计问题

现代电子 1995年第3期 14-20页

作者：吴东法

本文围绕固态机场监视雷达(ASR)气象检测能力的设计问题作了探讨,给出了气象检测和测绘的要求,以及实施的可选方案。由于应用固态发射机要求采用线性调频波形,因此分析了压缩脉冲距离副瓣对气象检测的影响。文中同时讨论了关系到虚假气... 详细信息

本文围绕固态机场监视雷达(ASR)气象检测能力的设计问题作了探讨,给出了气象检测和测绘的要求,以及实施的可选方案。由于应用固态发射机要求采用线性调频波形,因此分析了压缩脉冲距离副瓣对气象检测的影响。文中同时讨论了关系到虚假气象报告和气象预测偏差的地杂波抑制问题。文章最后详细地论述了灵敏度要求,并将固态选择方案的气象检测性能与ASR-9雷达的作了比较。

关键词：机场监视雷达气象检测设计

“2006维萨拉气象检测预报系统高速公路交通安全及道路养护解决方案研讨会”成功举办

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中国交通信息产业 2006年第6期 88-89页

2006年5月25日，维萨拉公司在北京凯莱大酒店举办了“2006气象检测预报系统高速公路交通安全及道路养护解决方案研讨会”。

关键词：公路交通安全道路养护预报系统气象检测高速

基于物联网的高速公路全路段气象检测与交通信息实时提示系统

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交通标准化 2013年第9期41卷 149-152页

作者：邝仲平江西方兴科技有限公司江西南昌330025

恶劣的气象和道路条件易引发高速公路交通事故,造成人民生命财产的重大损失,因此很有必要提前向司乘人员发布前方路段的气象和路况信息,警示驾驶员提前绕道或做好防范措施。高速公路全路段气象检测与交通信息实时提示系统是为此目的而... 详细信息

恶劣的气象和道路条件易引发高速公路交通事故,造成人民生命财产的重大损失,因此很有必要提前向司乘人员发布前方路段的气象和路况信息,警示驾驶员提前绕道或做好防范措施。高速公路全路段气象检测与交通信息实时提示系统是为此目的而研制的一种基于物联网技术的可实现人、车、路互动的提高高速公路行车安全的新型设备。该设备近几年在多条高速公路使用,大大地降低了交通事故的发生率,提高了行车安全,取得了较好的经济和社会效益。

关键词：物联网高速公路气象检测交通信息实时提示