地面气象测温传感器设计及实验研究

地面气象测温传感器受太阳辐射的影响,测量时其辐射误差可达1 K量级。针对此问题,设计了一种新型地面测温传感器结构。使用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法将多个气象参数下的仪器辐射误差进行量化,采用粒子群优化支持向量机算法对其结果进行拟合,得到辐射误差修正方程。以076B强制通风仪器的测量值作为温度基准开展场外实验。结果表明,设计的地面气象测温传感器经修正方程修正后的测量结果与温度基准的均方根误差(root mean square error,RMSE)和平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别为0.029 K和0.027 K,可将辐射误差保持在0.05 K以内。

自动气象站采集器的温度通道检定仪

针对ZQZ-JC、JJQ1型气象信号模拟器在自动气象站采集器温度通道检定时存在有源电阻和采集器激励电流不匹配、继电器接触电阻引起误差大的问题,设计一种新型检定仪。程控无源电阻网络四线制分时测量和输出,接触电阻不影响检定结果。内置高精度测量电路,保证系统显示的阻值和实时输出之差小于10 mΩ.采用电源隔离、总线隔离、校准电路等措施保证精度。测试表明,系统模拟的温度信号最大误差为±0.03℃,远低于自动气象站的测量误差±0.2℃,为采集器提供了一种高精度的检定仪器。

高精度电压气象信号产生电路设计

针对电压型气象传感器(湿度传感器HMP45D、辐射传感器TBQ-2B和气压传感器PTB220)输出信号的特点,以低功耗处理器、新型DAC、低失调电压的信号调理电路为核心,设计了一种可程控的高精度电压气象信号产生电路,模拟传感器的输出信号,为自动站采集器的故障判断和检定提供标准的气象信号源。设计上分别采用总线隔离技术、电源隔离技术和软件补偿等措施,提高了模拟信号的精度。测试表明:该电路工作稳定,输出电压精度高,误差小于10μV。

基于CPLD的高精度程控移相器

针对传统的RC移相电路存在误差大、参数固定后移相角度不易调节的问题,提出一种以单片机为主控、CPLD为核心的高精度程控移相器。单片机接收键盘输入的移相指令,计算处理后,通过总线将移相值发送至CPLD,CPLD利用分频、移位寄存、数据选择等实体电路实现移相。仿真波形和实际电路测试均表明,设计的移相器输出波形无失真、移相范围宽、精度高、可步进,步进的最小值可通过改变移位寄存器的时钟频率调节。可应用于锁定放大、正交调制等领域。

全光纤马赫-曾德干涉型高精度油罐液位传感器

提出一种用于油罐液位测量的高精度全光纤马赫-曾德干涉型液位传感器及其频谱解调法。基于全反射原理,传感器透射谱条纹对比度随传感光纤周围油液位升高明显下降,油液位变化45 mm,干涉条纹对比度最大变化约8 dB。通过快速傅立叶变换分析滤除零频分量的透射谱发现,特定频率分量随液位升高线性下降。实验结果表明,传感光纤90 mm时,灵敏度311 mm-1,分辨率3μm。该油液液位传感器温度串扰小,在25°C到95℃范围内,被测液位误差小于0.14%。

新蝶翼混沌系统的分数阶电路实现与控制分析

混沌模型的设计和建立对于混沌的应用有着至关重要的作用。为给混沌保密通信提供一个有效的混沌系统模型,通过对Qi三维混沌系统状态变量的重新组合,构造了新的非线性项,提出了具有新架构的四维动力学系统。在多次实验所得的参数配置下,证明了所提系统存在混沌特性,具有新蝶翼吸引子。采用简单的模拟器件,通过EWB仿真,实现了具有新架构四维系统分数阶电路的构建,证明了电路的可实现性。通过设计切换控制器,产生了多涡卷系统,得到了更为复杂的状态特性。

卫星信道模拟器数字下变频系统设计

在卫星信道模拟器的设计中,中频模拟信号经A/D采样后得到大量的数据流,如果直接送给DSP处理,将会给DSP带来巨大的运算压力。为此,提出了采用专用数字下变频芯片AD6620先对其进行处理的设计方案,将信号由中频搬移到基带,以降低进入DSP的数据速率,从而使卫星信道模拟器达到更好的实时性。给出了数字下变频系统的整体硬件设计方案和系统参数的设置方法,仿真结果验证了该设计方案和参数设置的有效性。

基于环形光纤激光器的光反馈效应

对环形腔光纤激光器的光反馈效应进行了理论分析和实验观测,根据掺铒光纤的速率方程推导得出激光器腔内光反馈系统的输出变化,在数值模拟中建立模型进行了分析。实验观测结果显示环形腔光纤激光器光反馈系统的输出与传统的激光自混合干涉有着相同的相位灵敏度。由于该系统的光反馈是在激光腔内获得,激光器本身不仅作为了传感的光源,同时也成为了传感的敏感元件,从而为光纤激光器的有源传感提供了理论基础及实验技术。

过渡金属掺杂BaTiO_3的晶格结构和相变特性

采用溶胶-凝胶法制备纯净BaTiO3,将1.0mol%的Cr、Fe、Mn、Co掺杂BaTiO3和浓度分别为1.25mol%、1.5mol%、1.75mol%、2.0mol%的Fe掺杂BaTiO3前驱粉体,经热压烧结,并在1350℃下烧结成多晶陶瓷样品。对样品进行XRD和DSC表征的研究。分析了掺杂离子种类和浓度对样品的晶格四方性、相变温度(居里点)和相变潜热的影响。分析结果表明,掺杂BaTiO3的四方性、居里点和相变潜热低于纯净BaTiO3且随Cr、Fe、Mn、Co的掺杂顺序以及Fe掺杂浓度的增加而减少。过渡元素掺杂BaTiO3的居里点和相变潜热随晶格四方性的降低逐渐减小。

基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法

针对机载合成孔径雷达(SAR)对海探测特点,采用多入射角法从SAR数据本身得到与海浪参数反演区域时空匹配的同步海面风速和风向,并结合线性变换关系,计算得到海浪初猜谱对应的仿真SAR图像谱,将仿真SAR图像谱和观测SAR图像谱输入代价函数中进行迭代运算,通过非线性方程的解算得到最适海浪谱;采用交叉谱法去除海浪传播180°方向模糊,最终得到海浪参数。论文提出的基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法,充分利用了机载SAR海洋环境探测的优势,解决了传统SAR海浪参数反演中初猜谱构造依赖外部风场的问题,机载同步飞行试验的海浪参数反演结果与浮标观测值的有效波高、波向的均方根误差分别为0.23 m和13.23°,验证了该方法的有效性,可为机载SAR海浪参数反演业务化提供支持。

不同建筑物对雷云电过程的影响分析

改变建筑物高度、宽度,利用时域有限差分法建立了闪电先导二维随机模型,模拟了雷云电过程,分析了不同建筑物状态下雷云放电过程中产生的上/下行先导长度、连接点位置和闪击距长度等参数。仿真结果表明:宽度不变,当建筑物高度从200 m增加到300 m时,下行先导的长度变短,同时下/上行导连接点的空间位置随之抬高,上行先导的长度基本不变;改变建筑物高度从200 m减小到100 m,下行先导长度增加并且连接点位置降低,上行先导长度基本保持不变;保持建筑物高度一样,改变建筑物宽度不影响上/下行先导的长度以及连接点的空间位置;改变建筑物高度、宽度,闪击距离长度保持在一定范围内不发生明显变化。