專利名稱：基于虛擬儀器技術(shù)的海洋移動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋移動(dòng)氣象觀測技術(shù)，具體地說是一種基于虛擬儀器技術(shù)的海洋移動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，應(yīng)用在船舶上的移動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)，對有效地獲取真實(shí)可靠的海洋氣象參數(shù)資料具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。然而由于艦船是一個(gè)移動(dòng)的測量平臺(tái)，這就決定了艦船上的氣象站直接測量的風(fēng)要素，是一個(gè)合成了艦船移動(dòng)速度的合成矢量，而并非風(fēng)參數(shù)的真值。要得出風(fēng)參數(shù)的真值，必須結(jié)合艦船的移動(dòng)速度，分解實(shí)測的風(fēng)矢量，從而準(zhǔn)確地求得相應(yīng)的風(fēng)參數(shù)。國內(nèi)外不少學(xué)者，對氣象參數(shù)的移動(dòng)測量技術(shù)進(jìn)行了研究，不少專業(yè)氣象儀器廠商和研究機(jī)構(gòu)也利用相關(guān)的技術(shù)開發(fā)出了自己的產(chǎn)品。從現(xiàn)階段來看，絕大部分產(chǎn)品采用的是嵌入式微處理器技術(shù)完成的，其處理慢且計(jì)算能力有限，不能夠?qū)崟r(shí)顯示各測量參數(shù)的變化趨勢；很多設(shè)備，在計(jì)算真風(fēng)速時(shí)，僅僅以航跡、航速以及艦載風(fēng)速、風(fēng)向傳感器的測量結(jié)果來計(jì)算真風(fēng)速，沒有考慮到行船中由于海流或風(fēng)場的影響，船向和航向往往并不重合，從而導(dǎo)致較大的計(jì)算誤差。部分設(shè)備不具備自動(dòng)測量的功能，需要人工輸入計(jì)算真風(fēng)速所需要的航速、航向值，給測量工作帶來了不便，而且測量時(shí)往往引入人為誤差，導(dǎo)致錯(cuò)誤測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于虛擬儀器技術(shù)的海洋移動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案是包括安裝在船上的自動(dòng)氣象站、全球定位系統(tǒng)(GPS)和羅經(jīng)設(shè)備，所述自動(dòng)氣象站、GPS和羅經(jīng)設(shè)備通過串口與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊連接，所述自動(dòng)氣象站設(shè)有風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度及氣壓傳感器，通過存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)內(nèi)的虛擬儀器程序?qū)λ鐾獠吭O(shè)備進(jìn)行控制和采樣，并對所采數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)速的矢量運(yùn)算、平均處理，處理后的真風(fēng)速數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)分別進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示；其中數(shù)據(jù)顯示由虛擬儀器面板上的虛擬指針表盤、數(shù)字表盤和圖形顯示屏幕來完成；所述風(fēng)速的矢量運(yùn)算是把以艦船本身作為參考系、以船首方向作為零方向參考點(diǎn)的實(shí)測風(fēng)速，結(jié)合艦船的移動(dòng)速度和船首偏向角，進(jìn)行矢量分解，得到真風(fēng)速；所述真風(fēng)速為表觀風(fēng)速 與艦船的行進(jìn)速度 的矢量差；其中來自氣象站中的風(fēng)向傳感器直接測得的風(fēng)速為V→ws=Vws×ejθws,]]>θws為風(fēng)向傳感器的讀數(shù)，以船首為方向基準(zhǔn)點(diǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)換成以正北為方向基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，則加上羅徑測得的船首偏向角θc得表觀風(fēng)速，即V→wa=Vws×ej(θws+θc);]]>艦船的行進(jìn)速度為V→s=Vs×ejθs;]]>所述主程序具體流程為讀入缺省系統(tǒng)設(shè)置，根據(jù)需要更改串口、采樣參數(shù)、記錄文件名等設(shè)置，判斷啟動(dòng)采樣否？如為否，則重新進(jìn)行根據(jù)需要更改串口、采樣參數(shù)、記錄文件名等設(shè)置；如為是，則進(jìn)入采樣程序，判斷所有設(shè)備是否均收到有效數(shù)據(jù)，否，則報(bào)警再重新判斷；其結(jié)果為是，則提取數(shù)據(jù)計(jì)算真風(fēng)速，并進(jìn)行平均處理(顯示/存盤)；最后決定采樣結(jié)束否，不結(jié)束返回判斷所有設(shè)備均收到有效數(shù)據(jù)處，結(jié)束則返回根據(jù)需要更改串口、采樣參數(shù)、記錄文件名等設(shè)置處；所述真風(fēng)速計(jì)算具體流程是將自動(dòng)氣象站測得的風(fēng)向值(即船本身測得的風(fēng)向值)與艦載羅徑的偏角讀數(shù)(即船首方向)相加，得出“表觀風(fēng)速”的風(fēng)向值；設(shè)風(fēng)傳感器直接測得的風(fēng)速為V→ws=Vws×ejθws,]]>羅徑測得的船首偏向角為θc，則算出的“表觀風(fēng)速”為V→wa=Vws×ej(θws+θc);]]>對“表觀風(fēng)速”和GPS測得的航速進(jìn)行矢量運(yùn)算，即“表觀風(fēng)速”減去航速，所得的矢量差即為真風(fēng)速；假設(shè)艦船的行進(jìn)速度(即GPS測得的航速)為 算出的真風(fēng)速 的表達(dá)式應(yīng)該為V→w=V→wa-V→s;]]>所述平均處理流程根據(jù)采樣速率，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算用戶所取平均時(shí)段內(nèi)的總采樣數(shù)N；將真風(fēng)速矢量在復(fù)平面上進(jìn)行分解，形成實(shí)部VRi與虛部VIi；對連續(xù)測得的真風(fēng)速的實(shí)部和虛部分別進(jìn)行累加處理，得SR＝∑VRi，SI＝∑VIi，并記錄累加次數(shù)n；如果累加次數(shù)n＝N，則將累加結(jié)果除以總累加次數(shù)N，得出真風(fēng)速矢量的實(shí)部和虛部的平均值；將算得的用復(fù)平面形式表示的平均真風(fēng)速進(jìn)行轉(zhuǎn)換，求得其模和輻角，從而得出平均真風(fēng)速的大小和方向值。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明利用虛擬儀器技術(shù)作為該測量系統(tǒng)核心構(gòu)建平臺(tái)，完成相關(guān)儀器的控制、綜合數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算和儲(chǔ)存。這一技術(shù)將軟件和各種不同的測量儀器硬件及計(jì)算機(jī)集成在一起，建立虛擬儀器系統(tǒng)，用于數(shù)據(jù)采集、儀器控制和測量分析，它充分地把高速發(fā)展的PC技術(shù)所帶來的種種便利運(yùn)用于測量系統(tǒng)中，既提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率，改善了測量系統(tǒng)的性能，也增加了測量系統(tǒng)的功能。各測量參數(shù)分別用不同的虛擬表盤進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，顯示直觀。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)采樣。
2.測量精度高。本發(fā)明將艦載羅徑給出的船向值引入真風(fēng)速參數(shù)的計(jì)算，提高了測量精度。
3.可以同時(shí)記錄兩種模式的風(fēng)參數(shù)平均值。本發(fā)明系統(tǒng)使用戶可根據(jù)其測量的特殊要求選擇平均時(shí)段、平均方式(即滑動(dòng)平均或普通平均)，是否同時(shí)記錄平均時(shí)段風(fēng)速的最大值等，進(jìn)一步增加了測量的精度和靈活性。
4.具有工作模式及系統(tǒng)設(shè)置的記憶功能。本發(fā)明系統(tǒng)儲(chǔ)存現(xiàn)行的工作模式和系統(tǒng)設(shè)置，下次運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)調(diào)入這些設(shè)置作為系統(tǒng)運(yùn)行的缺省設(shè)置。
5.本發(fā)明可以實(shí)時(shí)顯示各測量參數(shù)的變化趨勢，便于現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
6.兼容性能好。本發(fā)明系統(tǒng)完全兼容NMEA 0138標(biāo)準(zhǔn)，任何廠家生產(chǎn)的符合上述標(biāo)準(zhǔn)的氣象、GPS及羅經(jīng)設(shè)備均可接入此系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所提供的所有功能。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本發(fā)明計(jì)算風(fēng)速矢量圖。
圖3為本發(fā)明工作流程圖。
圖4為本發(fā)明虛擬儀器面板。
圖5為本發(fā)明真風(fēng)速計(jì)算流程圖。
圖6為本發(fā)明平均處理流程圖。
具體實(shí)施例方式
如1圖所示，本發(fā)明核心控制是由計(jì)算機(jī)結(jié)合基于虛擬儀器的軟件程序來實(shí)現(xiàn)，通過對虛擬儀器界面上相關(guān)的控制部件進(jìn)行操控，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的操作控制。自動(dòng)氣象站、GPS和羅經(jīng)設(shè)備通過串口與其實(shí)現(xiàn)通訊連接。由于通用計(jì)算機(jī)通常只有一至兩個(gè)串口，系統(tǒng)需配置一塊通用串口擴(kuò)展板，以滿足系統(tǒng)三個(gè)以上串口的要求。任何一款與終端計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)兼容的串口擴(kuò)展板，均可以作為本發(fā)明中計(jì)算機(jī)與測量外設(shè)的接口設(shè)備。具體連接為串口擴(kuò)展板(Moxa PC104)通過PCI總線與計(jì)算機(jī)主板相連，自動(dòng)氣象站(R.M.Young 26700)、GPS(全球定位系統(tǒng)，GBX-8A)和羅經(jīng)設(shè)備(TG-6000)分別通過RS232串口接擴(kuò)展板的三個(gè)輸入端；操作主程序經(jīng)計(jì)算機(jī)通過串口擴(kuò)展板對連接于此串口擴(kuò)展卡上的外部設(shè)備進(jìn)行控制和采樣，并對所采數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量運(yùn)算、平均處理，處理后的數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)可分別進(jìn)行存盤、顯示。數(shù)據(jù)顯示由虛擬儀器面板上的虛擬指針表盤、數(shù)字表盤和圖形顯示屏來完成。
如圖3所示，所述主程序具體流程為讀入缺省系統(tǒng)設(shè)置，根據(jù)需要更改串口、采樣參數(shù)、記錄文件名等設(shè)置，判斷啟動(dòng)采樣否？如為否，則重新進(jìn)行根據(jù)需要更改串口、采樣參數(shù)、記錄文件名等設(shè)置；如為是，則進(jìn)入采樣程序，判斷所有設(shè)備是否均收到有效數(shù)據(jù)，否，則報(bào)警再重新判斷；其結(jié)果為是，則提取數(shù)據(jù)計(jì)算真風(fēng)速，并進(jìn)行平均處理(顯示/存盤)；最后決定采樣結(jié)束否，不結(jié)束返回判斷所有設(shè)備均收到有效數(shù)據(jù)處，結(jié)束則返回根據(jù)需要更改串口、采樣參數(shù)、記錄文件名等設(shè)置處。
系統(tǒng)主程序界面為一虛擬儀器面板(參見圖4)，風(fēng)速、船速、氣壓等參數(shù)分別用虛擬指針表盤和數(shù)字表盤顯示，溫、濕度值的顯示分別由虛擬溫、濕度計(jì)和數(shù)字顯示來完成。系統(tǒng)同時(shí)還給出了上述參數(shù)的趨勢圖顯示，用戶可以根據(jù)需要，選擇感興趣的參數(shù)趨勢圖，進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。
如圖5所示，真風(fēng)速計(jì)算步驟1.將安裝在船上的自動(dòng)氣象站直接測得的風(fēng)向值與艦(即船首方向)載羅徑的偏角讀數(shù)相加，得出“表觀風(fēng)速”的風(fēng)向值。設(shè)風(fēng)傳感器直接測得的風(fēng)速為V→ws=Vws×ejθws,]]>羅徑測得的船首偏向角為θc，則算出的“表觀風(fēng)速”為V→wa=Vws×ej(θws+θc);]]>而“表觀風(fēng)速”的風(fēng)速的大小與自動(dòng)氣象站測得的風(fēng)速值相等；2.對“表觀風(fēng)速”和GPS測得的航速進(jìn)行矢量運(yùn)算，即“表觀風(fēng)速”減去航速，所得的矢量差即為真風(fēng)速。假設(shè)艦船的行進(jìn)速度(即GPS測得的航速)為 算出的真風(fēng)速 的表達(dá)式應(yīng)該為V→w=V→wa-V→s;]]>(參見圖2)。
如圖6所示，平均處理步驟1.根據(jù)采樣速率，計(jì)算用戶所取平均時(shí)段內(nèi)的總采樣數(shù)N。
2.將前面計(jì)算的真風(fēng)速矢量在復(fù)平面上進(jìn)行分解，形成實(shí)部VRi與虛部VIi。
3.對連續(xù)測得的真風(fēng)速的實(shí)部和虛部分別進(jìn)行累加處理，得SR＝∑VRi，SI＝∑VIi，并記錄累加次數(shù)n。
4.如果累加次數(shù)n＝N，則將累加結(jié)果除以總累加次數(shù)N，得出真風(fēng)速矢量的實(shí)部和虛部的平均值。
將算得的用復(fù)平面形式表示的平均真風(fēng)速進(jìn)行轉(zhuǎn)換，求得其模和輻角，從而得出平均真風(fēng)速的大小和方向值。
系統(tǒng)的測量原理固定在地面上的氣象站中的風(fēng)向傳感器，在安裝時(shí)通常選擇正北作為風(fēng)向傳感器的零方向位置，由于其參考點(diǎn)位置固定不變，當(dāng)傳感器受風(fēng)時(shí)，其讀數(shù)即為真風(fēng)速值。而當(dāng)其安裝于行進(jìn)中的艦船上時(shí)，通常以船首方向作為風(fēng)向傳感器的零方向位置，其參考點(diǎn)將隨船只運(yùn)動(dòng)發(fā)生改變，因此所測的風(fēng)要素是一個(gè)以艦船本身作為參考系、以船首方向作為零方向、合成了艦船移動(dòng)速度的合成矢量，而并非風(fēng)參數(shù)的真值。要得出風(fēng)參數(shù)的真值，必須結(jié)合艦船的移動(dòng)速度和羅盤讀數(shù)，分解實(shí)測的風(fēng)矢量，從而準(zhǔn)確地求得相應(yīng)的風(fēng)參數(shù)。安裝于艦船之上的GPS可以精確地算出艦船行進(jìn)的軌跡和行進(jìn)速度，進(jìn)而用來對氣象站所測得的風(fēng)參數(shù)進(jìn)行修正，獲取風(fēng)參數(shù)的真值。但是，由于風(fēng)浪、海流等因素的影響，艦船行進(jìn)時(shí)船首的方向往往并不能與其行進(jìn)軌跡的方向一致，兩者之間存在一定的偏角。所以，僅僅利用GPS的測量結(jié)果，并不能獲取風(fēng)參數(shù)的真值，必須利用船載羅徑的讀數(shù)值，對風(fēng)向傳感器的測量值進(jìn)行修正，才能得到正確的測量結(jié)果。
假設(shè)艦船的行進(jìn)速度為 風(fēng)傳感器直接測得的風(fēng)速為 羅徑測得的船首偏向角為θc(以正北為方向基準(zhǔn)點(diǎn))。如果用復(fù)數(shù)形式來表示，則可以寫成V→s=Vs×ejθs,]]>其中θs為船速方向(以正北為方向基準(zhǔn)點(diǎn))。V→ws=Vws×ejθws,]]>θws為風(fēng)向傳感器的讀數(shù)。由于θws是以船首為方向基準(zhǔn)點(diǎn)的，所以當(dāng)轉(zhuǎn)換成以正北為方向基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該加上羅徑測得的船首偏向角θc，因此轉(zhuǎn)換后的直測風(fēng)速(即表觀風(fēng)速)為V→wa=Vws×ej(θws+θc).]]>真風(fēng)速的表達(dá)式應(yīng)該為 與 的矢量差，即V→w=V→wa-V→s.]]>由于民用GPS信號(hào)中加入了偽隨機(jī)噪聲，造成其定位精度的下降，速度值精度也受到影響，進(jìn)而導(dǎo)致計(jì)算出的風(fēng)參數(shù)精度下降。為有效地消除隨機(jī)噪聲、提高測量精度，系統(tǒng)采用了平均處理的方法對測量值進(jìn)行消噪處理(成熟技術(shù))，具體是首先設(shè)置平均時(shí)段，然后將此平均時(shí)段內(nèi)測得的各真風(fēng)速值，在復(fù)平面上進(jìn)行分解，并分別對分解后的實(shí)部和虛部分量進(jìn)行算術(shù)平均處理。合成平均分量，求出該平均矢量的模作為真風(fēng)速的速度，輻角作為真風(fēng)速的方向。
記錄風(fēng)參數(shù)平均值可以采用兩種模式，用戶根據(jù)其測量的要求可以選擇平均時(shí)段(指多長時(shí)間作一次平均均可)、平均方式(可以選用滑動(dòng)平均或普通平均方法)，是否同時(shí)記錄平均時(shí)段風(fēng)速的最大值等。系統(tǒng)通過虛擬儀表界面建立的人機(jī)交互操作環(huán)境，接受用戶的參數(shù)設(shè)置，并根據(jù)這些設(shè)置，選擇相關(guān)的程序流程進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果以文件形式儲(chǔ)存起來。
虛擬儀器面板上的方式開關(guān)(圖4)，用于選擇顯示兩種預(yù)置平均模式下的風(fēng)參數(shù)的平均值和最大值。數(shù)據(jù)儲(chǔ)存采用文本格式，用戶可以根據(jù)需要選擇記錄文件的大小，當(dāng)數(shù)據(jù)文件儲(chǔ)存的記錄數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的個(gè)數(shù)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)形成新的記錄文件，這樣，就不會(huì)出現(xiàn)因記錄文件過大，影響操作系統(tǒng)對文件的讀、寫操作的情況。
系統(tǒng)在工作過程中同時(shí)還監(jiān)控氣象站、GPS和羅徑的工作狀態(tài)以及各端口的通信連接情況，根據(jù)上述狀態(tài)判斷數(shù)據(jù)的質(zhì)量并觸發(fā)報(bào)警提示。
系統(tǒng)還可以根據(jù)測量設(shè)備的連接和波特率設(shè)置，選擇所需串行端口及通訊波特率等參數(shù)。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)的虛擬儀器界面及測試結(jié)果如圖4所示，趨勢圖顯示屏中，頂層曲線為氣象站直接測量出的風(fēng)速值，中層為系統(tǒng)測出的真風(fēng)速值，底層位GPS測得的船速值。速度表盤分別用紅、黃、綠三個(gè)表針指示直測風(fēng)速、真風(fēng)速以及航速。指針式方向表盤也分別用同樣顏色的指針指示上述三個(gè)速度的方向。虛擬氣壓表、溫、濕度計(jì)用以實(shí)時(shí)顯示相關(guān)氣象參數(shù)的實(shí)測值。為方便準(zhǔn)確讀數(shù)，系統(tǒng)還為上述參數(shù)提供了數(shù)字指示。
其系統(tǒng)功能本發(fā)明是一套基于虛擬儀器技術(shù)的海洋移動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)，它可廣泛用于各種艦船、海洋移動(dòng)平臺(tái)上，能夠有效地去除安裝平臺(tái)的移動(dòng)給風(fēng)參數(shù)測量造成的影響，實(shí)時(shí)地測量、儲(chǔ)存順時(shí)真風(fēng)速、真風(fēng)向；瞬時(shí)合成風(fēng)速、合成風(fēng)向；溫度、濕度、氣壓；安裝平臺(tái)移動(dòng)軌跡、速度等參數(shù)，并能夠?qū)崟r(shí)地顯示相關(guān)參數(shù)的隨時(shí)間的變化趨勢，為海洋氣象的研究及預(yù)報(bào)工作提供真實(shí)有效的原始數(shù)據(jù)分析資料。采樣系統(tǒng)完全兼容NMEA 0138標(biāo)準(zhǔn)，任何廠家生產(chǎn)的符合上述標(biāo)準(zhǔn)的氣象、GPS及羅經(jīng)設(shè)備均可接入此系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所提供的所有功能。
權(quán)利要求
1.一種基于虛擬儀器技術(shù)的海洋移動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)，包括安裝在船上的自動(dòng)氣象站、全球定位系統(tǒng)和羅經(jīng)設(shè)備，其特征在于所述自動(dòng)氣象站、全球定位系統(tǒng)和羅經(jīng)設(shè)備通過串口與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊連接，所述自動(dòng)氣象站設(shè)有傳感器，通過存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)內(nèi)的虛擬儀器程序?qū)λ鐾獠吭O(shè)備進(jìn)行控制和采樣，并對所采數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)速的矢量運(yùn)算、平均處理，處理后的真風(fēng)速數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)分別進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示。
2.按照權(quán)利要求1所述基于虛擬儀器技術(shù)的海洋移動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)，其特征在于其中數(shù)據(jù)顯示由虛擬儀器面板上的虛擬指針表盤、數(shù)字表盤和圖形顯示屏幕來完成。
3.按照權(quán)利要求1所述基于虛擬儀器技術(shù)的海洋移動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)，其特征在于所述風(fēng)速的矢量運(yùn)算是把以艦船本身作為參考系、以船首方向作為零方向參考點(diǎn)的實(shí)測風(fēng)速，結(jié)合艦船的移動(dòng)速度和船首偏向角，進(jìn)行矢量分解，得到真風(fēng)速。
4.按照權(quán)利要求1所述基于虛擬儀器技術(shù)的海洋移動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)，其特征在于所述真風(fēng)速為表觀風(fēng)速 與艦船的行進(jìn)速度 的矢量差；其中來自氣象站中的風(fēng)向傳感器直接測得的風(fēng)速為V→ws=Vws×ejθws,]]>θws為風(fēng)向傳感器的讀數(shù)，以船首為方向基準(zhǔn)點(diǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)換成以正北為方向基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，則加上羅徑測得的船首偏向角θc得表觀風(fēng)速，即V→wa=Vws×ej(θws+θc);]]>艦船的行進(jìn)速度為V→s=Vs×ejθs.]]>
5.按照權(quán)利要求1所述基于虛擬儀器技術(shù)的海洋移動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)，其特征在于所述主程序具體流程為讀入缺省系統(tǒng)設(shè)置，根據(jù)需要更改串口、采樣參數(shù)、記錄文件名等設(shè)置，判斷啟動(dòng)采樣否？如為否，則重新進(jìn)行根據(jù)需要更改串口、采樣參數(shù)、記錄文件名等設(shè)置；如為是，則進(jìn)入采樣程序，判斷所有設(shè)備是否均收到有效數(shù)據(jù)，否，則報(bào)警再重新判斷；其結(jié)果為是，則提取數(shù)據(jù)計(jì)算真風(fēng)速，并進(jìn)行平均處理；最后決定采樣結(jié)束否，不結(jié)束返回判斷所有設(shè)備均收到有效數(shù)據(jù)處，結(jié)束則返回根據(jù)需要更改串口、采樣參數(shù)、記錄文件名等設(shè)置處。
6.按照權(quán)利要求1所述基于虛擬儀器技術(shù)的海洋移動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)，其特征在于所述真風(fēng)速計(jì)算具體流程是將自動(dòng)氣象站測得的風(fēng)向值與艦載羅徑的偏角讀數(shù)相加，得出“表觀風(fēng)速”的風(fēng)向值；設(shè)風(fēng)傳感器直接測得的風(fēng)速為V→ws=Vws×ejθws,]]>羅徑測得的船首偏向角為θc，則算出的“表觀風(fēng)速”為V→wa=Vws×ej(θws+θc);]]>對“表觀風(fēng)速”和全球定位系統(tǒng)測得的航速進(jìn)行矢量運(yùn)算，即“表觀風(fēng)速”減去航速，所得的矢量差即為真風(fēng)速；假設(shè)艦船的行進(jìn)速度為 算出的真風(fēng)速 的表達(dá)式應(yīng)該為V→w=V→wa-V→s.]]>
7.按照權(quán)利要求1所述基于虛擬儀器技術(shù)的海洋移動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)，其特征在于所述平均處理流程根據(jù)采樣速率，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算用戶所取平均時(shí)段內(nèi)的總采樣數(shù)N；將真風(fēng)速矢量在復(fù)平面上進(jìn)行分解，形成實(shí)部VRi與虛部VIi；對連續(xù)測得的真風(fēng)速的實(shí)部和虛部分別進(jìn)行累加處理，得SR＝∑VRi，SI＝∑VIi，并記錄累加次數(shù)n；如果累加次數(shù)n＝N，則將累加結(jié)果除以總累加次數(shù)N，得出真風(fēng)速矢量的實(shí)部和虛部的平均值；將算得的用復(fù)平面形式表示的平均真風(fēng)速進(jìn)行轉(zhuǎn)換，求得其模和輻角，從而得出平均真風(fēng)速的大小和方向值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于虛擬儀器技術(shù)的海洋移動(dòng)氣象觀測系統(tǒng)。包括氣象站、全球定位系統(tǒng)和羅經(jīng)設(shè)備，所述自動(dòng)氣象站、全球定位系統(tǒng)和羅經(jīng)設(shè)備通過串口與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊連接，所述自動(dòng)氣象站、羅經(jīng)設(shè)備和全球定位系統(tǒng)GPS安裝在船上，通過存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)內(nèi)的主程序結(jié)合主程序產(chǎn)生的虛擬儀器對所述外部設(shè)備進(jìn)行控制和采樣，并對所采數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)速的矢量運(yùn)算、平均處理，處理后的真風(fēng)速數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)分別進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示。本發(fā)明利用虛擬儀器技術(shù)作為該測量系統(tǒng)核心構(gòu)建平臺(tái)，完成相關(guān)儀器的控制、綜合數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算和儲(chǔ)存，測量精度高；可以同時(shí)記錄兩種模式的風(fēng)參數(shù)平均值，具有工作模式及系統(tǒng)設(shè)置的記憶功能。
文檔編號(hào)G01W1/00GK1712999SQ200410020808
公開日2005年12月28日 申請日期2004年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月23日
發(fā)明者蘭志剛, 龔德俊 申請人:中國科學(xué)院海洋研究所