高空气象探测系统的关键技术与实现的研究

【摘要】高空气象探测在揭示大气结构、建立大气科学理论、提高天气预报准确率上起着重要作用。本文以提高高空气象探测系统的检测精度、减小测量误差、降低制造成本、增强国产高空气象探测系统的国际竞争力为目的，从高空气象探测系统敏感单元设计、检测方法、数据处理与融合等方面对高空气象探测系统关键技术进行了较系统的研究，并设计了高空气象探测系统，从而验证本文研究的关键技术的科学性及可行性。主要完成了以下五个方面的工作：1．为了验证本文研究的高空气象探测系统关键技术的有效性与科学性，依据高空气象探测的要求和技术特点，设计了基于GPRS数据传输和微波数据传输两种通信模式的高空气象探测系统。分析了地面静态实验过程中数据处理方法与静态特性参数的计算方法，研究了地面及高空动态实验方法，并设计了地面动态实验装置。2．针对高空低温、高湿恶劣环境下湿度传感器容易结露，造成湿度测量误差偏大，甚至导致传感器失效的问题，研究了一种具有蛇形加热器的平板夹心电容式湿度传感器结构及工艺制备方法。通过对传感器进行有限元分析，确定传感器表面加热区域温度分布情况，得出环境温度、加热功率与加热温度三者之间的函数关系。采用4支湿度传感器构建测量阵列，免除了由于高空恶劣环境对湿度传感器造成损坏导致探测失败的问题，提高了湿度探测的容错性和互补性。3．针对高空环境下湿度波动大、电路板分布电容会对测量结果有影响等问题，将电容充放电测量方法及电容比较法相结合，设计了湿度测量电路。研究了一种基于加权平均及分批估计的多传感器数据融合算法，与目前常用的算数平均数据处理方法相比，该方法具有较强的容错性及互补性的同时，也具有较好的实时性。在常温条件下开展了地面测量特性实验，得出湿度传感器静态性能及时间常数。在低温条件下加热湿度传感器，进行湿度测量特性分析，得出了低温环境下湿度传感器性能，建立了高空湿度测量模式。4．针对目前高空温度探测存在响应时间过长的问题，设计了直径为2.5μm铂电阻丝作为温度传感器。结合传感器特点，研究了交流比较法温度测量方法，消除了零点漂移及温度漂移，解决了由于电路板走线引起的温度传感器基值偏大的问题。采用谐波分析法对温度数据进行处理，滤除A/D产生的量化噪声，减小了高空环境下高频噪声及高斯白噪声的影响，并通过MATLAB对该方法进行仿真，论证了谐波分析法的有效性，建立了高空温度测量模式。5．开展了单个探空仪的放飞实验，验证系统高空环境下的测量性能和电气性能；开展了多个探空仪同时放飞实验，验证系统的一致性；开展了与维萨拉RS92探空仪比对实验，验证了本文研究的高空气象探测系统符合国家气象探测网和世界气象组织的相关要求，本文的研究成果为下一步工程化应用奠定了技术基础。
【作者】罗毅；
【导师】施云波；
【作者基本信息】哈尔滨理工大学，测试计量技术及仪器，2014，博士
【关键词】高空气象探测；湿度传感器阵列；多传感器数据融合；谐波分析法；动态实验；

【参考文献】
[1]何东.风电场功率预测及日前调度计划研究[D].哈尔滨工业大学,电气工程,2013,硕士.
[2]祝静.ASBR产氢系统对氮脱除的研究[D].西安建筑科技大学,环境工程,2013,硕士.
[3]孙宽.带BRB的钢筋混凝土框架—核心筒结构减震性能分析[D].兰州理工大学,结构工程,2014,硕士.
[4]牛琳,李冰,王彦春,刘志伟,邓世广.高密度地震资料剩余静校正[J].石油地球物理勘探,2015,01:71-76+16.
[5]罗坤.南昌市大型企业体育文化服务的现状与对策研究[D].华东交通大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[6]匡泽民.合并肾损害高血压患者早期风险评估和降压疗效差异评价[D].中南大学,临床医学,2014,博士.
[7]杜凝华.纳米二氧化钛和DDT联合染毒对小鼠氧化应激和DNA损伤作用的研究[D].河北医科大学,卫生毒理学,2013,硕士.
[8]刘璞迪.可控电抗器在无功补偿中的应用与研究[D].西安科技大学,电力电子与电力传动,2013,硕士.
[9]牙克甫江·买买提（Yakupjan·Mamat）.新疆维吾尔自治区政府门户网站信息公开问题研究[D].长安大学,行政管理,2014,硕士.
[10]程毓鹤.常州电信小灵通发展战略研究[D].南京理工大学,2005.
[11]周杨.IPv6动态主机地址配置的研究与实现[D].西安电子科技大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[12]赵天昊.VSD负压引流术结合万古霉素链珠植入治疗慢性骨髓炎[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[13]刘红.中职学校应用文写作教学现状调查及对策研究[D].鲁东大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[14]李淑淑.国内外小学科学课程标准目标和内容的比较研究[D].西南大学,课程与教学论,2013,硕士.
[15]吕鹏霄.图像情感分类研究[D].燕山大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[16]高艳.“80后”厨房空间的色彩应用研究[D].江南大学,设计艺术学,2012,硕士.
[17]刘智.汾渭盆地地裂缝浅层地震精细探测方法技术应用研究[D].长安大学,地质工程（专业学位）,2013,硕士.
[18]洪冰,刘士明.中厚板轧机辊道受力情况模拟分析探讨[J].一重技术.2007(02)
[19]本报记者周文天.避踩红线蒙面人“准举牌”上海新梅[N].中国证券报,2013-03-01A09.
[20]张曼.可重复使用运载器预测校正再入制导研究[D].哈尔滨工业大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[21]张晓丽.绿色贸易壁垒对我国农产品出口的影响及法律对策研究[D].中南民族大学,法律,2013,硕士.
[22]黄丽,蒋练军,熊翠秀,张光富.扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs)电子结构的应力调控[J].中南大学学报(自然科学版),2013,03:1063-1069.
[23]戴淑芬.赴印尼汉语教师跨文化适应情况研究[D].广东外语外贸大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[24]郭静旋.小额诉讼程序的对比研究[D].中国社会科学院研究生院,民事诉讼法（专业学位）,2014,硕士.
[25]周浪.电解液对38CrMoAl液相等离子电解渗氮组织结构及性能影响[D].南昌航空大学,材料学,2013,硕士.
[26]刘伯川.碳纤维活性粉末混凝土的配制及性能研究[D].哈尔滨工业大学,建筑与土木工程,2014,硕士.
[27]陈兵兵.厌氧生物法和改进醇提取法处理柑橘罐头生产废水的研究[D].湖南大学,环境科学与工程,2014,硕士.
[28]温靖玉.中国海事赔偿责任限制制度研究[D].黑龙江大学,国际法学,2013,硕士.
[29]宋绍成,毕强,杨达.信息可视化的基本过程与主要研究领域[J].情报科学,2004,01:13-18.
[30]王静.我国煤炭科技型企业国际化经营探讨[J].煤炭工程,2014,10:240-242.
[31]储鼎.基于暗通道先验条件复原雾化影像[D].中国地质大学（北京）,测绘工程,2013,硕士.
[32]崔元河.我国刑事辩护制度的问题与对策[D].中国政法大学,诉讼法学,2004,硕士.
[33]张泽娟.珠海港口发展战略研究[D].广东工业大学,工商管理,2013,硕士.
[34]洪婷婷.论我国食品安全监管立法的主要问题及其对策[D].华中师范大学,法律,2014,硕士.
[35]王晓帆.基于茶树基因组测序信息的UGTs基因的分析、克隆与原核表达研究[D].安徽农业大学,茶学,2012,硕士.
[36]刘孝辉,郑建勇,黄金军,王冲.光伏并网Z源逆变器无差拍解耦控制策略[J].电力系统自动化,2012,12:25-29.
[37]汤尚.基础教育课外辅导市场的政府规制研究[D].湖南师范大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[38]马兴法,郑静,贺笑春,高明军,李光.氧化石墨烯/聚苯胺纳米复合材料的制备、表征及其潜在应用[A].中国材料研究学会.2011中国材料研讨会论文摘要集[C].中国材料研究学会:,2011:1.
[39]吴银霞.秦安方言语音研究[D].西北师范大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[40]潘一力.混合吸收剂膜法分离CO_2特性的试验研究[D].浙江大学,热能工程,2013,硕士.
[41]胡高铭.DNA凝聚与DNA电荷反转的单分子研究[D].温州大学,凝聚态物理,2012,硕士.
[42]曹玫.BI市场的”王者”之争[J].电子商务,2004,11:26.
[43]胡新祥.亚硝酸甲酯绿色合成三氮烯化合物和偶氮化合物[D].杭州师范大学,有机化学,2013,硕士.
[44]刘雯.资本账户开放对货币危机的影响[D].厦门大学,世界经济,2014,硕士.
[45]杨德权.浅谈社会主义市场经济条件下的文化行政[D].吉林大学,行政管理,2004,硕士.
[46]吴兴海.袁枚骈体文研究[D].上海社会科学院,古代文学,2012,硕士.
[47]陈乘,纪雪梅,周谦,余书勤.几种碳纳米管对小鼠呼吸系统的影响[J].安徽农业科学,2011,21:12638-12640.
[48]陈希.文化创意产业视域下的我国电视剧产业研究[D].重庆工商大学,传播学,2014,硕士.
[49]任杰.纳米晶纤维素的制备和表面改性[D].武汉纺织大学,纺织材料与纺织品设计（专业学位）,2014,硕士.
[50]吴芳.普遍语法理论与英语作为外语学习/教学中的一个重要问题[D].福建师范大学,英语语言文学,2004,硕士.