【摘要】：降雪是氣象探測(cè)中較難測(cè)量的要素之一。準(zhǔn)確的積雪數(shù)據(jù)可以幫助有關(guān)部門掌握積雪分布資料反映當(dāng)?shù)氐暮涑潭?為水資源調(diào)配提供依據(jù),也可以為交通部門、電力通信和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的防災(zāi)減災(zāi)提供保障。由于積雪結(jié)構(gòu)的特殊性、表面的不平整以及測(cè)量環(huán)境包括飄雪、低吹雪、風(fēng)等因素的干擾,雪深的測(cè)量存在很大誤差。我國(guó)氣象部門對(duì)降雪量的監(jiān)測(cè)仍然以人工為主,存在勞動(dòng)成本大、準(zhǔn)確度不高和時(shí)效性差等問題。超聲檢測(cè)技術(shù)以低成本、高靈敏度等優(yōu)勢(shì)在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、工業(yè)無(wú)損檢測(cè)等領(lǐng)域得到了普遍應(yīng)用。本文將數(shù)學(xué)建模的思想引入到雪深探測(cè)中,根據(jù)回波信號(hào)模型對(duì)雪深超聲信號(hào)的TOF(Time-of-Flight)估計(jì)進(jìn)行研究分析,提高測(cè)量精度。根據(jù)課題需要設(shè)計(jì)了基于超聲幅值檢測(cè)法的積雪回波數(shù)據(jù)采集裝置。主要研究?jī)?nèi)容體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)根據(jù)聲速、聲衰減等聲學(xué)參量的定義,分析理解了超聲波在空氣中相關(guān)聲學(xué)參量的性質(zhì)。結(jié)合積雪結(jié)構(gòu)特征,研究了超聲波在積雪中的傳播規(guī)律。(2)在分析研究積雪結(jié)構(gòu)的特性基礎(chǔ)之上,根據(jù)超聲回波信號(hào)的特點(diǎn),把數(shù)學(xué)建模的思想引入到雪深探測(cè)中。通過基于希爾伯特變換的方法對(duì)回波信號(hào)包絡(luò)進(jìn)行特征提取。在比較幾種超聲回波信號(hào)模型的優(yōu)劣之后,提出一種針對(duì)信號(hào)包絡(luò)的正余弦模型建模方法,并利用頻域分析法和MVSSLMS自適應(yīng)濾波算法調(diào)整模型參數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)表明,該模型對(duì)信號(hào)包絡(luò)有較好的擬合優(yōu)度,并且信息細(xì)節(jié)保留得較為完整。(3)結(jié)合超聲雪深測(cè)量原理,對(duì)影響雪深測(cè)量的因素進(jìn)行研究。分析雪深測(cè)量的關(guān)鍵在于TOF估計(jì)的準(zhǔn)確程度,提出一種基于EEMD(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)算法的TOF估計(jì)方法,與互相關(guān)法相比提高測(cè)量精度,其原理是把信號(hào)包絡(luò)分解成細(xì)節(jié)和主干信息,使用一階差分方法求解信號(hào)梯度變化最大的點(diǎn)�？紤]到在實(shí)際環(huán)境中,積雪結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化且伴隨降雪現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)利用該方法對(duì)超聲TOF進(jìn)行估計(jì),研究不同距離、不同結(jié)構(gòu)反射面和不同密度飄落對(duì)TOF估計(jì)的影響。(4)按照課題對(duì)信號(hào)波形的需要設(shè)計(jì)了超聲回波信號(hào)采集裝置。編寫了以STM32為核心的超聲波收發(fā)控制程序,控制整個(gè)系統(tǒng)的工作。發(fā)射電路采用推挽電路的設(shè)計(jì)思想用來(lái)產(chǎn)生單頻率正弦波。根據(jù)定K型濾波器的思想設(shè)計(jì)了三階巴特沃斯低通濾波器,并通過低通和高通濾波器串聯(lián)的方式設(shè)計(jì)有源帶通濾波器。利用溫度補(bǔ)償電路修正聲速,提高測(cè)量精確度。
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P426.63
【圖文】：

及意義娜現(xiàn)象和厄爾尼諾現(xiàn)象的綜合影響，大氣]。冰雪災(zāi)害作為氣象災(zāi)害中難以估計(jì)的一。2018 年初,“殺手”寒流給北美大部分至的“炸彈氣旋”暴風(fēng)雪使美國(guó)地表溫度率比往年高，零攝氏度等溫線偏移[2]，南人畜傷亡，公路交通運(yùn)輸受到影響，給人我國(guó)的冰雪災(zāi)害主要有以下三個(gè)特點(diǎn)。第全球氣候變化的背景下，我國(guó)氣候諸要素1951 年至 2000 年的五十多年間，我國(guó)發(fā)生冰雪災(zāi)害。圖 1.1 是我國(guó)降雪日數(shù)分布圖

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本文編號(hào)：2725619