[发明专利]基于归一化互相关时延测量的超声波雪深测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于归一化互相关时延测量的超声波雪深测量装置及方法，属于自动气象监测领域。包括太阳能电池板、太阳能电池板调节电机、温度补偿模块安装块、导轨上固定块、可调限位块、超声波探头、辅助限位柱、超声波探头安装支架、联轴器、旋转底盘、温度补偿模块、导向柱、丝杠、移动块、丝杠电机、安装底座、测雪板、导向套筒、平面轴承和旋转电机。优点在于：减少测量探头对降雪影响的雪深测量支架，提高了测量准确性，实现一个测量支架测量多点雪深的功能，进行多点雪深测量，极大减少了雪深测量误差；超声波回波信号采用归一化互相关理论进行噪声抑制和目标信号提取，具有优良的时延测量精度。

技术领域

本发明属于自动气象监测领域，具体涉及一种基于归一化互相关时延测量的超声波雪深测量装置及方法。

背景技术

近年来全球气候受厄尔尼诺现象影响，极端天气频繁发生。2018年初，我国多地出现大范围降雪天气，导致人畜伤亡，大面积农作物受灾，公路交通运输受到严重影响，为人民群众生命财产带来极大隐患。由此可见，在工农业生产、交通运输、电力通信等领域，对积雪深度进行实时高精度监测具有十分重要的意义。

国际上主要有两种测量积雪深度的方法：人工钻孔测量和物理探测方法。人工钻孔测量方式需要测量人员每日定时定点用量雪尺观测获得多组数据求取平均值，或者通过测量积雪融化之后的重量确定新雪密度进而估算水当量。但受观测点不足、测量工具简陋等因素影响，人工钻孔测量产生的观测数据误差较大，无法持续、全面监测积雪变化。物理探测方法主要是利用超声波或激光遇到积雪表面之后会发生反射现象，探头发生器将信号发射给雪面，通过测量接收器接收到积雪表面反射脉冲信号的时间来计算积雪深度。超声波检测技术应用于气象探测具有抗干扰能力强、精度高的优点，能够在户外作业，不受光线、电磁波等环境干扰，并且建造成本和系统复杂度低，便于维护，信号数据获取方便，成为现行气象行业大力推广和研究的积雪测量方案。

现阶段，国内外超声波雪深测量仪器均为固定位置测量装置，通过支架和底座固定在户外测量区域，超声波传感器模块安装在支架横臂固定位置，因此只能实现固定区域的积雪深度测量。在实际情况中，自然因素影响会导致积雪表面高低不平，在降雪过程中，固定的超声波传感器模块上方会承接一部分落雪，影响其下方待测量区域积雪深度，导致固定位置测量不能有效的测量积雪深度的真实值，测量结果精度低。在传统的对于雪深测量的研究中，大部分都是通过对硬件电路的改进来提高测量精度的，然而随着空间电磁环境日益复杂，测量环境中存在大量噪声干扰，空气中存在着大量Alpha稳定分布噪声，尤其是在超声波回波信号中包含超声波遇落雪反射回来的Alpha稳定分布噪声时，传统超声波雪深探测装置的雪深测量的精准度会严重下降。因此设计一种可以有效抑制Alpha噪声并实现超声波传感器伸缩及角度变化的安装支架，能够在一定程度上提升测量的精度。

发明内容

本发明提供一种基于归一化互相关时延测量的超声波雪深测量装置及方法，能够根据具体使用环境调节测量角度，并通过调节自转角度和太阳能电池板角度实现更高补充电源效率的环境自适应多角度测雪深设备。

本发明采取的技术方案是：包括太阳能电池板、太阳能电池板调节电机、温度补偿模块安装块、导轨上固定块、可调限位块、超声波探头、辅助限位柱、超声波探头安装支架、联轴器、旋转底盘、温度补偿模块、导向柱、丝杠、移动块、丝杠电机、安装底座、测雪板、导向套筒、平面轴承和旋转电机，其中安装底座与旋转底盘之间采用平面轴承连接，旋转电机下方与安装底座固定连接、上方电机轴与旋转底盘连接，丝杠电机固定连接在旋转底盘内，丝杠与丝杠电机采用联轴器连接，导向柱下端与旋转底盘固定连接、上端与导轨上固定块固定连接，移动块与丝杠螺纹连接、并且通过导向套筒与导向柱滑动连接，超声波探头安装支架与移动块转动连接，超声波探头与超声波探头安装支架前端固定连接，可调限位块安装在导向柱上，辅助限位柱与可调限位块转动连接，测雪板套接在安装底座的外部，太阳能电池板调节电机、温度补偿模块分别安装在温度补偿模块安装块上，该温度补偿模块安装块通过螺栓连接在导轨上固定块上，太阳能电池板调节电机通过电机轴与太阳能电池板转动连接。