探空温度传感器的计算流体动力学分析与实验研究

伴随着数值天气预报和气候变化研究精细化程度的不断提高,希望探空温度传感器的观测精度达到0.1 K数量级.为了实现此目标,运用计算流体动力学方法对珠状热敏电阻从海平面上升至20 km高空的整个过程进行数值仿真分析.并在此基础上,针对影响测温精度的太阳辐射强度和传感器倾斜角度两个因素进行分析.仿真结果表明,太阳辐射强度和海拔高度是辐射误差的重要影响因子.当传感器倾斜角度为90?时,珠状热敏电阻的辐射误差最小.通过麦夸特法和通用全局优化法对仿真数据进行拟合,获得不同海拔高度和太阳辐射强度下的辐射误差修正方程;为验证方程的准确性,设计和搭建太阳辐射误差模拟系统.实验结果表明,辐射误差实验测量值与修正方程修正值之间的平均偏移量为0.017 K,均方根值RMS误差为0.023 K,验证了计算流体动力学方法、麦夸特法和通用全局优化法获得辐射误差数据的准确性.

基于压电效应的FPGA降水粒子测量系统设计

降水粒子测量是气象观测要素中重要的组成部分。提出了一种基于压电传感器的新型感测方法,并依此设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的降水粒子信号采集处理系统。该系统对信号进行多路同步采集,并利用拟合所得的各路系统响应函数与各粒子响应函数实现对粒子的测量。系统实现信号全量程采集的同时有效降低了非线性误差。实验结果表明:该系统对于粒子直径观测误差小于±0.1 mm,具有量程宽、精度高、响应快、粒子判别准确等特点。

基于BP神经网络的雨滴谱仪设计

为了减小传统雨滴谱观测仪器的体积、重量、成本,并提高雨滴谱的测量精度,提出一种基于等距导电圆环结构的新型雨滴谱探头、Cortex-M3 ARM处理器及高精度低噪声测量电路的雨滴谱仪。雨滴谱仪利用不同直径雨滴引起输出电压的差异进行测量。以Sigmoid函数作为传递函数,利用梯度下降法建立雨滴谱仪的输出电压和雨滴直径的BP神经网络模型,并将基于该模型的算法嵌入ARM处理器,求出雨滴直径。该雨滴谱仪实现了对直径为2.67～5.56 mm雨滴的观测,测量误差小于±0.1 mm。