【摘要】：無線電探空儀是一種高空氣象數(shù)據(jù)探測裝置,通常由氣象氣球搭載,以5～6m/s的速度升至高空,由內(nèi)部裝載的溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器以及風(fēng)速風(fēng)向傳感器對周圍環(huán)境進行實時測量,并通過內(nèi)置無線傳輸單元將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至地面,供地面工作人員進行分析使用。目前,珠狀熱敏電阻傳感器是無線電探空儀進行高空氣象探測的主流溫度傳感器,由于工藝等原因,珠狀熱敏電阻的體積通常在1mm量級,不利于提高其對流換熱能力,在高空仍有顯著的太陽輻射升溫效應(yīng)。本文提出并試制了一種應(yīng)用于高空氣象探測的基于0.02 mm直徑鉑電阻絲的E型高精度溫度傳感器,并設(shè)計了一種北斗探空儀系統(tǒng)。利用計算流體動力學(xué)(CFD)方法對該傳感器進行仿真分析,采用準(zhǔn)牛頓(BFGS)法對計算結(jié)果進行擬合,獲得太陽輻射升溫量修正方程。北斗探空儀系統(tǒng)分為空中子系統(tǒng)和地面接收系統(tǒng),地面接收系統(tǒng)由地面接收器和上位機軟件組成,可實現(xiàn)高空氣象探測自動采集、處理、傳輸、顯示與保存。為驗證該探空儀的實際性能,搭建了測試平臺,實驗結(jié)果表明,E型高精度溫度傳感器太陽輻射升溫量僅為珠狀熱敏電阻太陽輻射升溫量的57%～71%,輻射升溫量修正值與實驗測量值之間的均方根誤差(RMSE)為0.013 K,該結(jié)果說明本文設(shè)計的E型高精度溫度傳感器與珠狀熱敏電阻傳感器相比,可顯著降低太陽輻射升溫量,驗證了 CFD方法與BFGS法的可行性與準(zhǔn)確性。本文設(shè)計的北斗探空儀系統(tǒng)與傳統(tǒng)探空儀相比,具有國產(chǎn)化程度高、溫度測量精度高、自動化程度高等特點,該類型探空儀經(jīng)過進一步優(yōu)化改進有望在不遠的將來替代國內(nèi)引進的探空儀,實現(xiàn)高空氣象探測裝備數(shù)字化、自主化。
【圖文】：

通過內(nèi)部測風(fēng)雷達或者利用ＧＰＳ定位單元計算出來�？罩凶酉到y(tǒng)所測數(shù)據(jù)經(jīng)過逡逑編碼壓縮，通過內(nèi)部無線電發(fā)射裝置，源源不斷的將數(shù)據(jù)發(fā)送至地面接收系統(tǒng)，逡逑供地面工作人員分析使用。無線電探空儀組成如圖１．１所示。逡逑．邋＼／邋邐逡逑｜溫度傳感器逡逑濕度傳感器發(fā)射機邐丨}0匕邐．．．，ｎ逡逑－邐主控制器邋邐Ｗ邐邐主控制器＝５上位機逡逑氣壓傳感器ｈ邐｜｜邐Ｈ邐邐逡逑碰~#＾邐＝５調(diào)制設(shè)備邐解調(diào)設(shè)備＝＞逡逑（ａ）空中子系統(tǒng)邐（ｂ）地面接收系統(tǒng)逡逑圖１．１無線電探空儀組成框圖逡逑１．３國內(nèi)外研宄現(xiàn)狀逡逑二十世紀(jì)初，前蘇聯(lián)研制出了世界上最早的可用在氣象業(yè)務(wù)上的探空儀。逡逑探空儀自二十世紀(jì)二十年代左右獲得了飛速發(fā)展。芬蘭ｖｉｉｈｏ邋ｖａｉｓａｉａ教授于逡逑１９３１年發(fā)明了無線電探空儀，該類探空儀現(xiàn)今已被世界各國廣泛應(yīng)用于平流層逡逑各種氣象要素數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域。目前，全球無線電探空儀領(lǐng)域有６７％的市場被芬逡逑蘭維薩拉公司占據(jù)。Ｖａｉｓａｌａ公司在本世紀(jì)初研制出了采用ＧＰＳ模式工作的數(shù)字逡逑化無線電探空儀ＲＳ９２，自此，在Ｖａｉｓａｌａ公司的引領(lǐng)下，全球無線電探空儀行逡逑２逡逑

１．３．１邋Ｖａｉｓａｌａ無線電探空儀逡逑芬蘭Ｖａｉｓａｌａ公司在環(huán)境測量技術(shù)方面位居世界前列，平流層及以下部分氣逡逑象探測裝置主要為ＲＳ９２系列，圖１．２為ＲＳ９２實物圖。ＲＳ９２為各國在平流層及逡逑以下海拔高度大氣探測工作中做出了巨大的貢獻，它能提供精確的高空ＰＴＵ氣逡逑象數(shù)據(jù)，主要工作在４００邋ＭＨｚ的氣象頻段內(nèi)。另外，，經(jīng)過ＣＡＬ－４校準(zhǔn)之后，逡逑ＲＳ９２所使用的ＧＰＳ工作方式為大氣探測提供了高精度、高分辨率的風(fēng)速風(fēng)向逡逑數(shù)據(jù)。逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH765;TP212

【參考文獻】

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1 戴偉;劉清`

本文編號：2518282