海表皮温测量装置设计与实现

摘要

海洋表面皮肤层温度作为海气交界面上最重要的参数之一，不仅仅是全球气候的温度计，它在环境科学，农业渔业，能源开发甚至是军事方面都起着不可取代的作用。国内外普遍使用卫星遥感测量手段来获取大范围的海洋表面皮肤层温度，但卫星遥感受环境影响大，无法满足世界气候研究计划研讨会规定的0.3K精度要求。目前，对高精度海洋表面皮肤层温度的获取主要依靠船载红外遥感的测量手段，但因其造价高、性价比差，至今尚未普及。因此，本文旨在设计一款可满足0.3K精度要求且成本低的船载海表皮温测量装置。
　　首先，本文根据海洋表面温度垂直结构化分与海洋环境的特殊性，提出海表皮温测量装置的总体设计方案及器件选型时的技术指标，设计具有防潮、防雷、隔热等功能的硬件结构以减小环境破坏。本文开发装置配套的系统软件包，按层次将其架构成硬件驱动层、数据调度层、业务层和应用层四层，并划分软件为面向装置硬件结构的下位机采集软件和面向操作者的上位机远端监控软件两部分。采集软件被嵌入到装置核心板卡中，包含硬件驱动层和数据调度层两层，负责驱动硬件电路、调度采样数据。远端监控软件安装在上位机中，包含业务层和应用层，可远端控制装置启动、断电、采样频率等功能，以人机交互界面形式实现海表皮温度值、风速、观测角等数据的可视化与存储管理功能。
　　其次，在测量数据处理方面，本文针对测量过程中的噪声干扰，采用中值平均滤波方法剔除异常数据，抑制周期性噪声。针对使用黑体炉标定测温装置时辐射率修正困难这一问题，本文使用温控水槽取代传统黑体炉对装置进行标定以减小误差。针对实际使用中可能存在多路装置同时测量的需求，通过对多种数据融合算法效果的综合比较，本文选择容错性更强的加权自适应融合算法，将各装置采集数据融合成一路。
　　最后，通过室内温控水槽试验检验装置精度。通过室外不同观测角、不同风速、不同强弱太阳辐射来考察环境因素对海表皮温的影响。实验证明，本装置精度优于0.3K的设计指标要求，且具备一定的抗环境干扰性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 课题相关技术研究概况

1.3 论文的主要研究内容

第2章 基于红外遥测的海表皮温测量基础理论

2.1 海洋表层温度垂直结构划分

2.2 红外测温基本原理

2.3 影响海表皮温红外遥测的主要误差因素

2.4 本章小结

第3章 海表皮温测量装置设计与实现

3.1 总体需求分析

3.2 总体方案设计

3.3 硬件结构设计及选型

3.4 系统软件架构设计

3.5 本章小结

第4章 海表皮温数据处理及标定方法设计

4.1 原始采集数据的预处理

4.2 海表皮温测量装置的标定方法

4.3 海表皮温测量数据融合方法

4.4 数据融合的容错性效果实验

4.5 本章小结

第5章 海表皮温测量装置实验验证与分析

5.1 精度验证试验

5.2 环境因素对海表皮温测量的影响实验

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢