降雪量的大小對(duì)水資源調(diào)配、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、氣象監(jiān)測(cè)等方面都有重大的影響,是氣象探測(cè)中的一個(gè)重要觀測(cè)數(shù)據(jù)。目前我國氣象部門對(duì)積雪深度以人工觀測(cè)為主,存在時(shí)效性差,時(shí)空密度不足等諸多弊端,不能全面、連續(xù)反映積雪的變化過程,為此,需要研制能夠自動(dòng)觀測(cè)積雪深度變化的測(cè)量系統(tǒng)�，F(xiàn)階段,國外市場(chǎng)超聲波雪深測(cè)量?jī)x器已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)商品化,其產(chǎn)品在測(cè)量精度、測(cè)量范圍等方面均處于領(lǐng)先水平,市場(chǎng)占有率十分高。而國內(nèi)針對(duì)超聲波雪深測(cè)量技術(shù)的研究起步較晚,僅有個(gè)別廠商生產(chǎn)出成型的產(chǎn)品,但同國外同類產(chǎn)品相比仍存在較大差距,因此迫切需要自主創(chuàng)新,提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和占有率。值得注意的是,國內(nèi)外相關(guān)科研機(jī)構(gòu)及學(xué)者對(duì)于雪深測(cè)量的研究,大部分都是基于傳統(tǒng)時(shí)差法,通過對(duì)硬件電路的改進(jìn)來提高測(cè)量精度而展開的,隨著空間干擾環(huán)境的日益復(fù)雜,尤其是空氣中存在大量Alpha穩(wěn)定分布噪聲時(shí),雪深測(cè)量的精準(zhǔn)度會(huì)嚴(yán)重下降。因此,如何有效地抑制測(cè)量環(huán)境中大量存在的噪聲,從而提高測(cè)量的精準(zhǔn)度是雪深測(cè)量中的重點(diǎn)研究問題。針對(duì)以上問題,受長春氣象儀器研究所校企合作項(xiàng)目委托,對(duì)雪深測(cè)量技術(shù)展開研究,并將相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品研發(fā)中。本文以Alpha穩(wěn)定分布噪聲為背景,研制了基于超聲波法的寬范圍、高精度的雪深測(cè)量系統(tǒng),解決了現(xiàn)有的雪深測(cè)量系統(tǒng)中存在的測(cè)量范圍小、精度低、抗噪聲,干擾能力差等問題。首先,設(shè)計(jì)了一種相位翻轉(zhuǎn)的超聲回波信號(hào)模型,構(gòu)建了一種超聲回波信號(hào)的高斯模型,來模擬超聲波傳感器脈沖響應(yīng)信號(hào),用于時(shí)延估計(jì)算法的研究;接著,提出了三種雪深測(cè)量方法,分別是基于分?jǐn)?shù)低階循環(huán)相關(guān)時(shí)延估計(jì)算法的雪深測(cè)量方法、基于歸一化互相關(guān)時(shí)延估計(jì)算法的雪深測(cè)量方法和基于相敏檢波時(shí)延測(cè)量算法的雪深測(cè)量方法,并對(duì)這三種算法進(jìn)行了理論分析、推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了算法的可行性及其相關(guān)性能;最后搭建雪深測(cè)量系統(tǒng)驗(yàn)證本文所提出的三種雪深測(cè)量方法,主要包括硬件電路的設(shè)計(jì)、軟件程序的編寫和針對(duì)系統(tǒng)的一系列實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn),產(chǎn)品樣機(jī)的檢驗(yàn)結(jié)果考察了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,印證了基于這三種雪深測(cè)量方法的超聲波雪深測(cè)量系統(tǒng)滿足本文提出的設(shè)計(jì)要求,主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)同類產(chǎn)品的水平。本文所設(shè)計(jì)的超聲波雪深測(cè)量系統(tǒng)均考慮了環(huán)境溫度對(duì)于測(cè)量造成的影響,進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的精準(zhǔn)度,為公眾提供了有價(jià)值的氣象信息,應(yīng)用前景十分廣泛。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P414.95
【部分圖文】：

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文深測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行一系列模擬聯(lián)合驗(yàn)證，意在提高其測(cè)量的精準(zhǔn)度[22-26]。2005 年至2008 年，雪深測(cè)量的原理推動(dòng)了水文測(cè)量的發(fā)展[27]。2008 年至今，科研人員一直在不遺余力的研究超聲波雪深測(cè)量系統(tǒng)，以期降低成本，擴(kuò)大測(cè)量范圍，提高測(cè)量的精準(zhǔn)度。目前，國外市場(chǎng)超聲波雪深測(cè)量?jī)x器已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)商品化，其中較為突出的公司，如美國的 Campbell 公司[28]，Judd 公司[29]，Polaroid 公司[30]，日本的氣象局[17]等。他們的產(chǎn)品在測(cè)量范圍、測(cè)量精度、超聲波傳感器的制作和硬件電路的設(shè)計(jì)始終處于世界領(lǐng)先水平，市場(chǎng)占有率十分高[29]。如圖 1.1 和 1.2 所示，分別為市場(chǎng)占有率較高的美國 Compbell 公司和 Judd 公司生產(chǎn)的超聲波雪深測(cè)量?jī)x。值得注意的是，美國在超聲波雪深測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究中有著明顯的優(yōu)勢(shì)，他們的儀器在消除外界影響、提高測(cè)量精度方面擁有其獨(dú)到之處[17;31]。

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文深測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行一系列模擬聯(lián)合驗(yàn)證，意在提高其測(cè)量的精準(zhǔn)度[22-26]。2005 年至2008 年，雪深測(cè)量的原理推動(dòng)了水文測(cè)量的發(fā)展[27]。2008 年至今，科研人員一直在不遺余力的研究超聲波雪深測(cè)量系統(tǒng)，以期降低成本，擴(kuò)大測(cè)量范圍，提高測(cè)量的精準(zhǔn)度。目前，國外市場(chǎng)超聲波雪深測(cè)量?jī)x器已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)商品化，其中較為突出的公司，如美國的 Campbell 公司[28]，Judd 公司[29]，Polaroid 公司[30]，日本的氣象局[17]等。他們的產(chǎn)品在測(cè)量范圍、測(cè)量精度、超聲波傳感器的制作和硬件電路的設(shè)計(jì)始終處于世界領(lǐng)先水平，市場(chǎng)占有率十分高[29]。如圖 1.1 和 1.2 所示，分別為市場(chǎng)占有率較高的美國 Compbell 公司和 Judd 公司生產(chǎn)的超聲波雪深測(cè)量?jī)x。值得注意的是，美國在超聲波雪深測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究中有著明顯的優(yōu)勢(shì)，他們的儀器在消除外界影響、提高測(cè)量精度方面擁有其獨(dú)到之處[17;31]。

圖 1.3 華云 DSJ1 型超聲波測(cè)雪儀 圖 1.4 中慧 BYT-FER2-X 型超聲波測(cè)雪1.4 時(shí)延估計(jì)的研究現(xiàn)狀時(shí)延估計(jì)的理論和技術(shù)是由水聲目標(biāo)定位及信號(hào)處理的發(fā)展而產(chǎn)生的[33]年代以來，隨著信息論、信號(hào)檢測(cè)理論和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展以及各種應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ρ庸烙?jì)的需求，時(shí)延估計(jì)理論得到了迅速的發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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2 湯勇;熊興中;;基于分?jǐn)?shù)低階統(tǒng)計(jì)量的時(shí)延估計(jì)算法性能分析[J];四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年04期

3 郭瑩;孟彩云;;改進(jìn)的LMS自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)方法[J];沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2013年02期

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本文編號(hào)：2823104