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行业专项成果综述-光学雨量传感器研究

发布者:张岳   来源:   发布时间:2019/1/10 16:34:51   标签:   浏览次数:3505

项目编号GYHY201306074

研究周期2013年1月—2015年12月

国拨经费212万元

项目负责人】杨志勇

项目骨干成员】吴尚谦、杨笔锋、张明、芦莹

项目承担单位中国华云气象科技集团公司

项目协作单位】昆明理工大学、中国气象局气象探测中心、成都信息工程大学

主要研究成果

本项目的主要成果

本项目完成光学雨量传感器样机的研制,并进行了室内的静态测试和外场的动态测试。光学雨量传感器的原理是应用光学探测技术,对降雨过程中的降水粒子直接进行几何尺寸和下落速度的检测,从而获得降水粒子的基本特征参数,然后再利用空中下落水滴(或固态冰雹、雪)等形态特征,通过反演计算得到降水类型、降水强度和降水量。光学雨量传感器应用高速CCD检测技术,配红外激光源,实现光学探测。红外激光源通过光学处理形成平行光检测区域,当降水粒子在下落过程中经过检测区时,会改变激光检测区域的光强度,CDD通过检测光强度的变化,获取降水粒子的特征信息。本项目完成的技术成果主要包括:半导体激光源控制器、基于FPGA的高速CCD扫描处理系统、数据处理核心控制器、光学检测结构部件、系统整机及电源系统。

1)半导体激光源控制器

使用半导体激光作为光源,并对激光器的电源进行控制处理,通过对CCD检测到背景光强度的监测,对光源的强度进行反馈控制,实现激光器背景光及环境温度的补偿处理。

2)基于FPGA的高速CCD扫描处理系统

使用实时处理速度快的FPGA技术实现高速CCD的扫描处理。CCD扫描处理系统可以快速检测到降水粒子在下落过程中产生光强的变化,再通过高速滤波分析处理从而获取降水离子的几何扫描数据。

3)数据处理核心控制器

采用高速处理微处理器芯片构成核心处理单元,对前端输出降水粒子几何尺寸信息数据进行分析处理,通过反演计算从而等到降雨的各种相关数据。另外,数据处理核心控制器还是整个系统的控制管理核心单元,包括:数据采集时序控制、激光源的控制反馈信息、数据检测的背景光的校准处理等。

4)光学检测结构部件

使用光学透镜的方式,把红外激光器发出来的点光源,变成平行光源,尽可能地保持在检测区的激光束为平行光,从而保证在整个检测区域的均匀性。

5)系统整机及电源系统

光学雨量传感器的整机结构件总成及电源供电系统。

 

本项目的技术特点:

1)利用光学检测和高速CCD扫描的处理技术,直接检测降水粒子的几何尺寸信息数据,再根据降水粒子的特性,反演计算相应的降水物理量。

2)本项目所采用的技术,在电气系统处理和技术方面具有很好的可延续性和可扩展性。所以随着CCD处理技术不断的升级换代,光学雨量传感器的性能可以同步得到提升,由此带来扫描速度更快、检测区域更大,获取降水粒子的几何信息更为准确改进,从而可以很方便的不断提高产品的技术性能指标。

 

本项目成果主要解决的问题:

光学雨量传感器主要解决了在摇摆、晃动的工作平台上使用、对降水类天气状况以及降水类型监测的问题。

成果应用情况

    本项目的成果目前只在北京市延庆气象局进行了外场的对比应用试验,没有其他更多上网业务应用。

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