题 目：基于无线传输的智能双经纬仪小球测风系统—经纬仪数据收发板设计.doc

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风振是建筑物的结构对大气湍流的频率响应问题,风压是建筑物能够经受的风力大小问题。建筑工程结构的正确设计来源于对大气边界层中风和湍流规律的深刻了解,特别是大桥和摩天大楼的设计。,不同层次大气的性质和物理过程各不相同,地面以上各高度上的气流情况就有很大的差异,因此必须进行高空观测以取得空中各高度上的气象要素值。大气在空间的运动基本上是水平的,气流在垂直方向的分量与水平方向的分量相比,一般是很小的。测量近地面直至30公里高空的风向风速,通常将飞升气球作为随气流移动的质点,用地面设备(经纬仪或雷达)跟踪气球的飞升轨迹,读取其各时间间隔的仰角、方位角、斜距,确定其空间位置的坐标值,求出气球所经过高度上的平均风向风速。以下是几种测风方法的不同分类:1、风廓线测量法可分为两大类:(1)根据气流对测风仪器的动力作用(压力的方向和大小)来测定各高度上的风向、风速。这类方法广泛用于测定近地面风。如铁塔,升空装置(系留气球、飞机等)将测风仪(风杯、风标、风压管等)固定或带到各个高度上,但在观测高度、观测时间上受到限制。(2)根据随气流飘动的物体在空中运动的轨迹,从而测定出风向、风速。这类方法称轨迹法,在高低空观测中广泛采用。用来测风的飘浮物体,要求其惯性很小,没有相对于空气的水平运动的对象才能作为气流水平方向运动轨迹的示踪物。测定出示踪物的运动轨迹即可计算出大气各层中的平均风向、风速。需要指出的是,这样求出的风向、风速是某一时段或某一气层厚度内气流方向和速度的平均值。2示踪物一般是定速上升的气球,即测风气球。此外,天空中云团、人工施放的烟团和铝箔也可作为示踪物。2、气球轨迹法测风概况:(1)气球轨迹法测风可以分为三类:?单点测风。?基线测风,或称为双点(经纬仪)测风。?导航测风。(2)气象气球可分为三类:?探空气球:作为各种大气探测仪器升空运载工具,分无线电探空气球、系留气球等。?平衡气球:作为气流运动的示踪物。?测云气球:测定云层高度的云幕气球。(3)气球的一般性质:?膨胀型:球皮由伸缩性较大的橡皮制成,充气后,球内外压力差很小,可随大气压的降低而自由膨胀,直到破裂为止,一般用于大气的垂直探测,如探空仪。?非膨胀型:球皮由聚乙烯塑料薄膜、聚酯薄膜制成,一般在超压状态下工作,球皮几乎无伸缩性,用于水平探测,制作定高气球、系留气球等。(4)其他用途气球?洛宾(ROBIN)气球:下投式垂直探空气球,非膨胀型。?棘面气球(Jimsphere):用于雷达测风的气球,直径为2米。3、根据追踪设备不同,又可分为:光学经纬仪测风、无线电经纬仪测风、雷达测风和GPS导航测风。(1)光学经纬仪测风(又称小球测风):角坐标测量精度高,但受天气条件限制。3光学测风经纬仪主要观测气球仰角和方位角。施放气球后,借助于经纬仪上的光学望远镜,由人眼追踪气球,使其瞄准气球的位置,从刻度盘上直接读出仰角和方位角的度数()。光学经纬仪测风只适用于能见度好的少云天气,夜间必需配挂可见光源,阴雨天气只能在可见气球高度的范围内测风。(2)无线电经纬仪测风:适合全天候,但测角精度低于光学测风经纬仪。利用无线电定向原理,跟踪气球携带的探空仪发射机信号,测得角坐标数据,气球高度则由探空资料计算得出。因此无线电经纬仪适用于全天候,但当气球低于其最低工作仰角时,测风精度将迅速降低。无线电经纬仪与测风雷达相比,具有低能耗,设备重量轻的优点。共有两组天线,一组监测探空仪信号的仰角,另一组监测探空仪信号的方位角。(3)雷达测风:让气球携带能够反射雷达波的反射靶在天空飞行,就可以定出气球在每个时刻的位置,从而测定高空风。701雷达是我国测风专用雷达。一次雷达测风法:是利用气球上悬挂的金属反射体反射雷达发射的脉冲信号,测定气球角坐标和斜距。二次雷达测风法:把气球上的反射靶换成回答器,就能增强回波的强度,这种雷达叫二次雷达。气球上的回答器收到地面雷达发来的询问脉冲后,立即发射一个脉冲代替反射波,称为回答脉冲,回答脉冲被地面接收机接收,实现测距的目的。它不仅测定气球的角坐标,而且能测定气球与雷达的距离,即斜距。显然,在相同的发射功率下,二次雷达比一次雷达探测距离更远,可测更高的高空风。但随着技术的发展,发射功率已不是大的技术障碍时,着眼于提高测风精度和经济效益等方面,一次雷达测风也有其独特优势。风廓线雷达:是一种遥感高空风向、风速分布的仪器,精度、可靠度较高,但造价4昂贵。当向大气层发射一束无线电波时,由于温度和湿度的湍流脉动,大气折射指数产生相应的涨落,雷达波束的电磁波信号将被散射,其中的后向散射部分将产生一定功率的回波信号,这种回波信号与大气的云雨质点回波散射有所不同,称之为晴空散射。由于散射气团随风飘移,沿雷达波束径向的风速分量的大小将导致回波信号产生一定量的多普勒频移,测定回波信号的频移值可以直接计算出某一层大气沿雷达波束径向的风速分量值。