【正文】 ...................................................16 振簡(jiǎn)傳感器 ....................................................................................................17 數(shù)據(jù)處理原理 .......................................................................................................17 線性插值 ........................................................................................................17 拋物插值 ........................................................................................................18 n 次插值 ..........................................................................................................19 余項(xiàng)及誤差估計(jì) ............................................................................................20 最小二乘法 ....................................................................................................21目錄IV 數(shù)據(jù)校驗(yàn) ........................................................................................................23 小結(jié) .......................................................................................................................23第四章 GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)地面軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) ....................................25 軟件總體框架設(shè)計(jì) ...............................................................................................25 軟件協(xié)議的設(shè)計(jì) ...................................................................................................25 協(xié)議制定 ........................................................................................................25 協(xié)議解析 ........................................................................................................28 測(cè)量數(shù)據(jù)處理與實(shí)現(xiàn) ...........................................................................................33 溫度測(cè)量 ........................................................................................................33 壓力測(cè)量 ........................................................................................................39 地面處理軟件實(shí)現(xiàn) ...............................................................................................43 小結(jié) .......................................................................................................................54第五章 GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)測(cè)試及分析 ............................................................55 系統(tǒng)測(cè)試原理 .......................................................................................................55 測(cè)試結(jié)果及分析 ...................................................................................................55 溫度測(cè)量結(jié)果及分析 ....................................................................................55 壓力測(cè)量結(jié)果及分析 ....................................................................................57 小結(jié) .......................................................................................................................58第六章 總結(jié)與展望 .....................................................................................................59 總結(jié) .......................................................................................................................59 展望 .......................................................................................................................59致 謝 .............................................................................................................................60參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................61第一章 緒論1第一章 緒論中國是世界上受氣象災(zāi)害影響最嚴(yán)重的國家之一，氣象災(zāi)害種類很多、頻率高、強(qiáng)度很大，嚴(yán)重威脅了我國人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，氣象災(zāi)害給人民造成了巨大的損失。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，每年我國因各種氣象災(zāi)害造成的受災(zāi)面積達(dá) 6000 萬公頃，受暴雨、臺(tái)風(fēng)、雷電、沙塵暴、冰雹、大霧、霜凍和干旱等重大氣象災(zāi)害影響的人口達(dá) 4 億多，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失很大。如何提高我國大氣探測(cè)水平刻不容緩。高空氣象觀測(cè)主要觀測(cè)大氣層中不同高度上的風(fēng)向、風(fēng)速、濕度、溫度、氣壓為主，另外還有一些特殊的項(xiàng)目，如大氣臭氧、輻射、成分、大氣電等的研究。主要觀測(cè)方法有測(cè)風(fēng)、探測(cè)、無線電探空和氣球探測(cè)等。在氣象觀測(cè)領(lǐng)域中高空氣象探測(cè)提供了及其重要的第一手資料，所得信息直觀、方便的反映了高空氣象的環(huán)境。 高空氣象探測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)各國進(jìn)行高空探測(cè)歷史早在 18 世紀(jì)中葉就開始了，人們先后用風(fēng)箏和氣球攜帶探測(cè)儀器進(jìn)行直接高空探測(cè)的試驗(yàn)。到 19 世紀(jì)末，德國、法國、美國發(fā)明了探空氣象儀。隨著光學(xué)經(jīng)緯儀的不斷發(fā)展，逐步進(jìn)入了小球經(jīng)緯儀測(cè)風(fēng)的時(shí)代。進(jìn)入 20 世紀(jì) 20～30 年代，在電報(bào)、短波無線電技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上研制了無線電經(jīng)緯儀和測(cè)風(fēng)雷達(dá)，這為建立全球高空觀測(cè)站網(wǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。到 40 年代，發(fā)明了氣象火箭，使探測(cè)高度達(dá)到了 100 公里以上。60 年代以后,氣象衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展大大極高了全球性的高空氣象探測(cè)的水平。80 年代后衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的出現(xiàn)和蓬勃發(fā)展，為高空氣象探測(cè)領(lǐng)域提供了新的發(fā)展契機(jī)，GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)研制成功以來，利用全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的 GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)已成為當(dāng)今世界高空氣象探測(cè)的發(fā)展主流。 【1】 加拿大、美國、澳大利亞、芬蘭都把GPS 作為未來高空探測(cè)體制的重要組成部分。目前芬蘭的 GPS 探空儀處于全球領(lǐng)先水平。針對(duì)國外現(xiàn)狀的探空儀系統(tǒng)分析可以看到，盡管目前國內(nèi)的探空儀系統(tǒng)基本能滿足氣象業(yè)務(wù)的需要和環(huán)境的要求，但存在一定的不足和缺陷。必須充分認(rèn)識(shí)到我國氣象觀測(cè)水平與國外先進(jìn)技術(shù)相比還有較大的差距，為了滿足不斷提電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2高的氣象觀測(cè)需求，提高我國氣象觀測(cè)事業(yè)的整體水平，對(duì)氣象傳感器、數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，隨著我們對(duì)氣象探測(cè)的足夠關(guān)注，加大對(duì) GPS 高空氣象探測(cè)的力度，使我國的新一代探空系統(tǒng)能夠進(jìn)入世界一流的行列。 GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)的選題依據(jù)我國幅員遼闊，各個(gè)地區(qū)的氣候差異較大，全國擁有眾多的氣象站，對(duì)高空氣象高空氣象探測(cè)系統(tǒng)的需求極大，主要包括以下幾個(gè)市場(chǎng)：從高空氣象探測(cè)民用市場(chǎng)，到 2022 年我國將建成 100 個(gè) GPS 高空氣象探測(cè)站，每個(gè)氣象臺(tái)站按每年高空氣象探測(cè)系統(tǒng)的消耗約 900 只，到 2022 我國年消耗高空氣象探測(cè)系統(tǒng)約 16 萬只。還有軍用高空探測(cè)市場(chǎng)，在未來三年內(nèi)每年對(duì)高空探測(cè)系統(tǒng)大約有數(shù)十套的需求，高空氣象探測(cè)系統(tǒng)也有 4 萬只的需求；另外衛(wèi)星導(dǎo)航高空探測(cè)在森林防火部門、民用航空等領(lǐng)域也有一定的市場(chǎng)需求，到2022 消耗高空氣象探測(cè)系統(tǒng)約 2 萬只。利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的高空氣象探測(cè)系統(tǒng)已成為當(dāng)今世界高空氣象探測(cè)的發(fā)展主流。美國、加拿大、澳大利亞都把 GPS 作為未來高空探測(cè)體制的重要組成部分。GPS 定位系統(tǒng)在高空氣象探測(cè)系統(tǒng)有著及其廣泛的應(yīng)用。除了提供高精度的定位信息外，還具有系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單、故障低、自動(dòng)化程度高、功耗低、操作簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)。因此利用 GPS 技術(shù)進(jìn)行高空氣象探測(cè)實(shí)在 必行，經(jīng)濟(jì)利益也十分巨大。 GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)概述GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)由 GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)與地面接收處理系統(tǒng)組成。GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)有多普勒 GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)和測(cè)距定位 GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)兩種設(shè)備。兩種高空氣象探測(cè)系統(tǒng)包括一種是直接提取無線電信號(hào)的多普勒頻移。另一種是測(cè)距定位,然后測(cè)速系統(tǒng)。目前我國試驗(yàn)使用的是VAISALA 公司的多普勒 GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)。高空氣象探測(cè)系統(tǒng)主要完成大氣環(huán)境參數(shù)的測(cè)量，自身位置、移動(dòng)速度和方向測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過通信鏈路發(fā)送到地面接收處理系統(tǒng)。地面接收處理系統(tǒng)由 UHF 接收機(jī)處理器、GPS 接收機(jī)、PC 機(jī)組成。地面接收機(jī)將接收到的高空氣象探測(cè)系統(tǒng)調(diào)制在射頻信號(hào)上的 TPU 和 GPS 模塊的數(shù)第一章 緒論3字信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)收集到這些信息和地面溫度、氣壓、濕度與風(fēng)資料，完成數(shù)據(jù)校驗(yàn)及對(duì)溫、壓、濕、測(cè)風(fēng)的處理結(jié)果。11 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)示意圖 本文的組織結(jié)構(gòu)具體內(nèi)容如下：第一章 緒論。介紹了高空氣象探測(cè)系統(tǒng)，闡述了研究的背景和意義，并給出了論文各章節(jié)的內(nèi)容安排。第二章 GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)軟件需求分析及概要設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的介紹了GPS 的定位原理，高空氣象探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架，為后續(xù)章節(jié)內(nèi)容的描述和理解做鋪墊。第三章 GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法分析。主要介紹了在高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)處理過程中可能使用到的算法和數(shù)據(jù)處理技術(shù)。為討論數(shù)據(jù)處理結(jié)果提供預(yù)備知識(shí)。第四章 GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)地面軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。按照系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的流程，分協(xié)議制定，協(xié)議解析，地面軟件實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)處理分別來闡述。第五章 GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)測(cè)試及分析。高空氣象探測(cè)系統(tǒng)在完成初步設(shè)計(jì)之后進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析。第六章 總結(jié)與展望?？偨Y(jié)了論文完成的工作，針對(duì)不足，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步改電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4進(jìn)做了展望。第二章 GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)軟件需求分析及概要設(shè)計(jì)5第二章 GPS 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)軟件需求分析及概要設(shè)計(jì) GPS 定位原理GPS 全球定位系統(tǒng)(Navigation Satellite Timing and Ran