專利名稱：一種大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及儀器測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前傳統(tǒng)測量地表水熱通量的主要技術(shù)包括渦動相關(guān)技術(shù)、波文比-能量平衡方法、空氣動力學(xué)方法以及蒸滲儀法。空氣動力學(xué)方法利用兩個或兩個以上高度測量的風(fēng)速、溫度和濕度，結(jié)合相似理論來推算水熱通量。該方法對傳感器的精度要求較高，計算過程較復(fù)雜，應(yīng)用條件也有一定的限制(如適用于平坦、均勻下墊面等)。波文比-能量平衡方法基于空氣熱量和水汽湍流擴散系數(shù)相等的假設(shè)，通過測量兩個高度溫度和水汽壓計算出波文比系數(shù)，根據(jù)地表能量平衡方程推算出地表水熱通量。該方法物理概念明確，計算簡單，一般在開闊、均勻下墊面上精度較高，而在有水平平流情況下，測量誤差較大。渦動相關(guān)技術(shù)基于泰勒假設(shè)，通過測量風(fēng)、溫、濕的脈動值，計算脈動量的協(xié)方差獲得地表水熱通量， 是目前國際上公認較準確測量地表水熱通量的方法。但觀測結(jié)果存在能量不閉合問題，同時在復(fù)雜地形和不利氣象條件下的應(yīng)用受到一定限制。蒸滲儀是一種裝有土壤、并置于田間地下以模擬大田作物生長環(huán)境，表面裸露或覆蓋植物，用來確定生長著的作物的蒸散量或裸土蒸發(fā)量的大型容器。對蒸滲儀中的土壤水分進行調(diào)控來有效地模擬實際的蒸散過程，再通過對蒸滲儀的稱量，就可得到蒸散量。蒸滲儀法雖具有直觀明了的特點，但受田間下墊面特性和土壤水分分布的時空變異性影響使得測量值所能代表的區(qū)域范圍有限，而且由于部分蒸滲儀缺乏相應(yīng)的排水設(shè)備或其周邊土壤易受到人為踏踩等緣故造成作物生長期中觀測數(shù)據(jù)的失真。上述技術(shù)方法測量結(jié)果均為局地尺度，只能提供單點或斑塊的測量結(jié)果，儀器觀測值的空間代表范圍通常只有幾十米至幾百米左右，無法滿足大尺度水熱通量觀測數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。近年來興起的一種新的通量測量儀器一大孔徑閃爍儀(LAS)則可以測量 500-5000米(超大孔徑閃爍儀的光徑長度可達10-30km)區(qū)域平均水熱通量。LAS通常分為發(fā)射裝置與接收裝置，發(fā)射裝置與接收裝置相隔一定距離(500-5000m)分開放置，距離地面幾米到幾十米的高度。發(fā)射裝置發(fā)射一定波長的波束(一般為880nm)，在大氣中傳播，接收裝置接收到受光程路徑上溫度、濕度和氣壓波動影響的光信號，并對接收到的光信號進行解調(diào)，用空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)(Cn2)來表示大氣的湍流強度；結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)相似理論可得到顯熱通量；同時依據(jù)地表能量平衡方程，利用觀測的凈輻射與土壤熱通量數(shù)據(jù)， 即可推算潛熱通量。當前，LAS的主要生產(chǎn)廠家為荷蘭Kipp&Zonen公司和德國Scintec公司。荷蘭和德國生產(chǎn)的LAS均包括發(fā)射裝置和接收裝置，野外觀測時均需配備蓄電池、變壓器、太陽能板(或交流電)等設(shè)備，均需結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，并依據(jù)相似理論來計算地表水熱通量。不同的是荷蘭生產(chǎn)的LAS的發(fā)射器發(fā)射單一連續(xù)點光源，功率較小，在長距離與不利氣象條件(高濕等)時，信號強度偏弱。此外，德國生產(chǎn)的LAS中的接收裝置耗電量較大，在野外觀測無交流電時不易開展工作，需采用太陽能板供電。當出現(xiàn)連續(xù)陰雨天時，容易因電量不足造成數(shù)據(jù)缺失。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)，以便提高觀測系統(tǒng)中發(fā)射裝置的發(fā)射功率，同時降低接收裝置的電能消耗。本發(fā)明實施例提供一種大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括發(fā)射器和接收器；其中，所述發(fā)射器包括高功率發(fā)射光源模塊，用于提供相應(yīng)波長的光信號；功率放大模塊，用于對所述光信號進行功率放大處理；發(fā)射光信號調(diào)制模塊，用于對經(jīng)過功率放大處理的光信號進行頻率調(diào)制，形成發(fā)射光信號；發(fā)射光信號輸出模塊，用于輸出所述發(fā)射光信號；所述接收器包括發(fā)射光信號接收模塊，用于接收所述發(fā)射器輸出的發(fā)射光信號； 發(fā)射光信號解調(diào)模塊，用于對所述發(fā)射光信號進行放大、降噪處理，獲得與水熱通量測量相關(guān)的空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)；能耗降低模塊，用于控制所述發(fā)射光信號解調(diào)模塊在對所述發(fā)射器提供的觀測數(shù)據(jù)信號進行解調(diào)處理的過程中進入低功耗工作模式。優(yōu)選的，所述功率放大模塊還包括功率調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)所述功率放大模塊的輸出功率。優(yōu)選的，所述高功率發(fā)射光源模塊包括大功率發(fā)光二極管。優(yōu)選的，所述發(fā)射器還包括穩(wěn)壓電源控制模塊，用于對所述發(fā)射器的供電進行穩(wěn)壓處理。優(yōu)選的，所述發(fā)射光信號解調(diào)模塊包括光信號放大子模塊，用于通過對數(shù)運算放大器對所述發(fā)射光信號進行初級放大， 得到所述發(fā)射光信號光強的對數(shù)；自動增益控制子模塊，用于去除光徑路線和光學(xué)孔徑對所述發(fā)射光信號的影響；濾波校正子模塊，用于對所述自動增益控制子模塊輸出的載波信號進行進一步降噪處理；運算子模塊，用于利用所述發(fā)射光信號光強的對數(shù)和所述濾波校正子模塊輸出的載波信號的增益值進行運算，獲得所述發(fā)射光信號光強的對數(shù)與所述增益值的乘積的方差值；則所述光信號放大子模塊，還用于通過對數(shù)運算放大器對所述方差值進行放大， 獲得與所述水熱通量的空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)成比例關(guān)系的輸出信號值。優(yōu)選的，所述發(fā)射光信號接收模塊包括高靈敏度光電二極管。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集所述接收器獲得的表征湍流強度的空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，并采集氣象條件參數(shù)，進行水熱通量的計算。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括氣象要素測量模塊，用于提供與水熱通量計算相關(guān)的氣象條件參數(shù)。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括傳輸模塊，用于將測量的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至用戶端。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案通過在發(fā)射器中設(shè)置功率放大模塊，可大大提高發(fā)射器輸出的發(fā)射光信號的功率，使得本發(fā)明提供的水熱通量觀測系統(tǒng)在長距離與不利氣象條件時，仍能夠保證發(fā)射光信號的強度要求；除此之外，本發(fā)明在接收器中設(shè)置能耗降低模塊，以控制接收器在對發(fā)射器提供的觀測數(shù)據(jù)信號進行解調(diào)處理的過程中，工作于低功耗的工作模式，從而降低接收器工作過程中的電能消耗，保證水熱通量觀測系統(tǒng)在利用負載電池供電時，能夠維持長時間的供電，不易產(chǎn)生因電量不足而造成觀測數(shù)據(jù)缺失的缺陷。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例提供的一種大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的接收器對于發(fā)射光信號的解調(diào)處理示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的另一種大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的又一種大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。首先對本發(fā)明提供的大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)進行說明，參照圖1所示，所述大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)可以包括發(fā)射器10和接收器20 ；其中，所述發(fā)射器10包括高功率發(fā)射光源模塊101，用于提供相應(yīng)波長的光信號；功率放大模塊102，用于對所述光信號進行功率放大處理；發(fā)射光信號調(diào)制模塊103，用于對經(jīng)過功率放大處理的光信號進行頻率調(diào)制，形成發(fā)射光信號；發(fā)射光信號輸出模塊104，用于輸出所述發(fā)射光信號；所述接收器20包括發(fā)射光信號接收模塊201，用于接收所述發(fā)射器輸出的發(fā)射光信號；發(fā)射光信號解調(diào)模塊202，用于對所述發(fā)射光信號進行放大、降噪處理，獲得與水熱通量測量相關(guān)的空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)；能耗降低模塊203，用于控制所述發(fā)射光信號解調(diào)模塊在對所述發(fā)射器提供的觀測數(shù)據(jù)信號進行解調(diào)處理的過程中進入低功耗工作模式。本發(fā)明提供的大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)中，主要包括發(fā)射器和接收器，通過在發(fā)射器中設(shè)置功率放大模塊，以大大提高發(fā)射器輸出的發(fā)射光信號的功率，使得水熱通量觀測系統(tǒng)在長距離與不利氣象條件時，仍能夠保證發(fā)射光信號的強度要求；除此之外，本發(fā)明在接收器中設(shè)置能耗降低模塊，以控制接收器在對發(fā)射器提供的觀測數(shù)據(jù)信號進行解調(diào)處理的過程中，工作于低功耗的工作模式，從而降低接收器工作過程中的電能消耗，保證水熱通量觀測系統(tǒng)在利用負載電池供電時，能夠維持長時間的供電，不易產(chǎn)生因電量不足而造成觀測數(shù)據(jù)缺失的缺陷。實際應(yīng)用時，發(fā)射器與接收器相隔一定距離(500-5000m)分開放置，距離地面幾
5米到幾十米的高度，實現(xiàn)大尺度水熱通量觀測的應(yīng)用需求。發(fā)射器發(fā)射一定波長的波束，該光束在大氣中傳播，并受到光程路徑上溫度、濕度和氣壓波動等氣象條件的影響，接收器接收到受光程路徑上溫度、濕度和氣壓波動影響的光信號，并對接收到的光信號進行解調(diào)，獲得空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)(Cn2)，并利用空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)來表示大氣的湍流強度，該空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)與水熱通量相關(guān)；由空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)相似理論可得到顯熱通量；同時依據(jù)地表能量平衡方程，利用觀測的凈輻射與土壤熱通量數(shù)據(jù)，即可推算潛熱通量。為了便于對本發(fā)明進一步的理解，下面結(jié)合本發(fā)明的具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細描述。為了提供發(fā)射光信號的發(fā)射功率，本發(fā)明實施例在發(fā)射器中設(shè)置功率放大模塊， 以大大提高發(fā)射器輸出的發(fā)射光信號的功率。具體實施時，可以利用方波信號發(fā)生電路 (主要包括定時器、觸發(fā)器及運算放大器)生成特定頻率、特定占空比的方波作為功率放大模塊電路的輸入信號。除此之外，在本發(fā)明提供的另一個功率放大模塊的實施例中，所述功率放大模塊還可以包括功率調(diào)節(jié)裝置，通過功率調(diào)節(jié)裝置，使得發(fā)射器提供的發(fā)射光信號能夠滿足不同測量距離的功率要求，以保證長距離或是惡劣氣象條件時觀測的正常進行。功率放大器的放大倍數(shù)可根據(jù)實際需要通過外部可調(diào)電位計調(diào)整，例如占空比為0. 5時，調(diào)節(jié)最大輸出電流可達到IA。通常，為了保證發(fā)射光信號的功率足夠大，可以選擇大功率、高性能的發(fā)光二極管作為發(fā)射光源，發(fā)射光信號的波長可以確定為常用的880nm。為了進一步降低供電電壓對發(fā)射光信號的影響，還可以在發(fā)射器中設(shè)置穩(wěn)壓電源控制模塊，通過該穩(wěn)壓電源控制模塊對發(fā)射器的供電進行穩(wěn)壓處理。下面對本發(fā)明中的發(fā)射器提供發(fā)射光信號的過程進行簡單說明。當接通發(fā)射器的供電電源時，通過穩(wěn)壓電源控制模塊對發(fā)射器的供電進行穩(wěn)壓處理；大功率、高性能的發(fā)光二極管制成的發(fā)射光源產(chǎn)生的光信號經(jīng)過晶振信號發(fā)射器、分頻器等模塊進行頻率振蕩調(diào)制，產(chǎn)生特定頻率的光信號，并采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)提高光信號的信噪比；該特定頻率的光信號經(jīng)過可調(diào)功率放大器進行信號放大，并經(jīng)過檢測模塊進行晶振波形及脈沖波形檢測后， 最后通過透鏡形成所需發(fā)射信號。具體為選擇合適的波長，相應(yīng)地選擇可調(diào)諧近紅外光源， 通過調(diào)試后選擇合適的電源控制和溫度控制模塊，并根據(jù)傳輸?shù)穆窂健⑿盘枏娙跫俺杀绢A(yù)算選擇合適的光功率、透鏡類型及孔徑。根據(jù)背景輻射的干擾頻率范圍，選擇合適的調(diào)制頻率，以最大限度地消除背景輻射對發(fā)射光信號的影響。下面是本發(fā)明實施例中發(fā)射器相關(guān)的技術(shù)參數(shù)工作電壓12VDC ；透鏡菲涅耳透鏡，孔徑0. 15m ；光源=GaAlAs LED ；發(fā)射光源波長880nm;光功率100mw;小發(fā)射角；載波頻率6. 5ΚΗζ，占空比= 0.5，電源電流最大可達3Α;GaAlAs LED脈沖頻率、可調(diào)電流范圍6. 5KHz,占空比=0. 5 ；電流調(diào)節(jié)鈕與電流關(guān)系最大脈沖電流1A，平均電流500mA ；平均正向連續(xù)電流IF = 500mA,占空比0. 5條件下，光功率IOOmW ；光徑長度與電流相關(guān)關(guān)系接收調(diào)制后載波信號為正弦波，如出現(xiàn)鋸齒波或接收器飽和，則需減小電流?？梢姡景l(fā)明大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)實施例中的發(fā)射器通過在發(fā)射器中設(shè)置功率放大模塊，以大大提高發(fā)射器輸出的發(fā)射光信號的功率，使得本發(fā)明提供的水熱通量觀測系統(tǒng)在長距離與不利氣象條件時，仍能夠保證發(fā)射光信號的強度要求。當發(fā)射器輸出發(fā)射光信號后，應(yīng)保證接收器能響應(yīng)到受光程路徑上溫度、濕度和氣壓波動影響的光信號。為了改善目前LAS中接收裝置的高能耗的缺陷，本發(fā)明實施例中的接收器中設(shè)置有能耗降低模塊，以控制所述發(fā)射光信號解調(diào)模塊進入低功耗工作模式， 降低接收器工作過程中的電能消耗。在具體實施時，當接收器中的發(fā)射光信號接收模塊接收到發(fā)射光信號時，便由發(fā)射光信號解調(diào)模塊對發(fā)射光信號進行解調(diào)處理，包括光放大、降噪處理，以獲得與水熱通量測量相關(guān)的空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)。所述發(fā)射光信號解調(diào)模塊包括光信號放大子模塊，用于通過對數(shù)運算放大器對所述發(fā)射光信號進行初級放大， 得到所述發(fā)射光信號光強的對數(shù)；自動增益控制子模塊，用于去除光徑路線和光學(xué)孔徑對初級放大后的發(fā)射光信號的影響；濾波校正子模塊，用于對所述自動增益控制子模塊輸出的載波信號進行濾波處理，實現(xiàn)進一步降噪處理；運算子模塊，用于利用所述發(fā)射光信號光強的對數(shù)和所述濾波校正子模塊輸出的載波信號的增益值進行運算，獲得所述發(fā)射光信號光強的對數(shù)與所述增益值的乘積的方差值；則所述光信號放大子模塊，還用于通過對數(shù)運算放大器對所述方差值進行放大， 獲得與空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)(Cn2)成比例關(guān)系的輸出信號值。本發(fā)明實施例中，假設(shè)發(fā)射光信號接收模塊接收到的發(fā)射光信號光強為I，如圖2 所示，接收器對于發(fā)射光信號的解調(diào)處理主要包括首先通過光信號放大子模塊中的對數(shù)運算放大器對發(fā)射光信號進行初級放大，得到光強的對數(shù)(InI)；之后，通過自動增益控制(AGC，automatic gaincontrol)子模塊去除光徑路線(L1)和光學(xué)孔徑(D)對初級放大后的發(fā)射光信號的影響；再通過濾波校正子模塊對所述自動增益控制子模塊輸出的載波信號進行進一步降噪處理；進一步通過均方根 (RMS,Root mean square)模式得到輸出信號(光強的對數(shù)與增益設(shè)定值乘積)方差，即運算子模塊利用所述發(fā)射光信號光強的對數(shù)和所述濾波校正子模塊輸出的載波信號的增益值進行運算，獲得所述發(fā)射光信號光強的對數(shù)與所述增益值的乘積的方差值；最后，所述方差值輸入光信號放大子模塊，由光信號放大子模塊通過對數(shù)運算放大器對所述方差值進行放大，獲得與所述水熱通量的空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)(Cn2)成比例關(guān)系的輸出信號值(X)， 該輸出信號可表示為V = log (1012*1. 12D7/V3 σ 2 (In (I))) (1)而根據(jù) Wang et al. (1978, Journal of optical society of America, 3: 334-338)關(guān)于Cn2的定義Cn2 = 1. 12D7/3L「3 σ 2 (In (I)) (2)即可得Cn2= 10 (v_12) (3)
需要說明的是，本發(fā)明實施例中的發(fā)射光信號接收模塊可以是光電二極管，光電二極管的波長可以確定為通常使用的880nm。除此之外，可以通過大孔徑以及高性能的透鏡設(shè)計實現(xiàn)入射光信號的增強。相應(yīng)的濾波電路可以為高通、低通、帶通濾波電路，對此，本發(fā)明不做任何限定。下面是本發(fā)明實施例中接收器相關(guān)的技術(shù)參數(shù)工作電壓12VDC ；透鏡菲涅耳透鏡，孔徑0. 15m ；檢測器響應(yīng)波長范圍700 950nm，半波寬60nm，靈敏度880nm，0. 6A/W ；響應(yīng)時間1微秒，具有背景抗干擾功能；閃爍信號波段0. 2 400HZ解調(diào)信號輸出范圍_800mv OmvCn2輸出范圍_5v 0v，具載波信號、解調(diào)信號檢測端口。由于在水熱通量計算過程中，需要結(jié)合實時的氣象數(shù)據(jù)。通常，需要額外配置氣象監(jiān)測裝置，實時獲取氣象數(shù)據(jù)。在為了檢測方便，在本發(fā)明實施例中的另一個水熱通量觀測系統(tǒng)中，如圖3所示，該系統(tǒng)還設(shè)置有數(shù)據(jù)采集模塊40，用于采集所述接收器獲得的表征湍流強度的空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，并采集實時氣象條件參數(shù)，進行水熱通量的測量。此外，為了能夠?qū)崟r進行水熱通量的監(jiān)測，在又一個大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)中， 如圖4所示，該系統(tǒng)還設(shè)置有氣象要素測量模塊30，用于提供與水熱通量計算相關(guān)的氣象條件參數(shù)，即水熱通量觀測系統(tǒng)中集成有氣象監(jiān)測裝置，使得水熱通量觀測系統(tǒng)集成有氣象監(jiān)測和地表水熱通量參數(shù)檢測的雙重功能。氣象要素測量模塊可以通過合適的氣象要素傳感器實現(xiàn)。根據(jù)公式(1)-(3)，數(shù)據(jù)采集模塊解決了 Cn2信號的處理，進一步結(jié)合氣象要素測量模塊獲得的溫度(T)、氣壓(P)、風(fēng)速(U)、凈輻射(Rn)及土壤熱通量(G)，便可實現(xiàn)地表水熱通量的測量。首先由Cn2計算大氣的溫度結(jié)構(gòu)參數(shù)Ct
權(quán)利要求
1.一種大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括發(fā)射器和接收器；其中，所述發(fā)射器包括高功率發(fā)射光源模塊，用于提供相應(yīng)波長的光信號；功率放大模塊， 用于對所述光信號進行功率放大處理；發(fā)射光信號調(diào)制模塊，用于對經(jīng)過功率放大處理的光信號進行頻率調(diào)制，形成發(fā)射光信號；發(fā)射光信號輸出模塊，用于輸出所述發(fā)射光信號；所述接收器包括發(fā)射光信號接收模塊，用于接收所述發(fā)射器輸出的發(fā)射光信號；發(fā)射光信號解調(diào)模塊，用于對所述發(fā)射光信號進行放大、降噪處理，獲得與水熱通量測量相關(guān)的空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)；能耗降低模塊，用于控制所述發(fā)射光信號解調(diào)模塊在對所述發(fā)射器提供的觀測數(shù)據(jù)信號進行解調(diào)處理的過程中進入低功耗工作模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述功率放大模塊還包括功率調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)所述功率放大模塊的輸出功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述高功率發(fā)射光源模塊包括大功率發(fā)光二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射器還包括穩(wěn)壓電源控制模塊，用于對所述發(fā)射器的供電進行穩(wěn)壓處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射光信號解調(diào)模塊包括光信號放大子模塊，用于通過對數(shù)運算放大器對所述發(fā)射光信號進行初級放大，得到所述發(fā)射光信號光強的對數(shù)；自動增益控制子模塊，用于去除光徑路線和光學(xué)孔徑對所述發(fā)射光信號的影響；濾波校正子模塊，用于對所述自動增益控制子模塊輸出的載波信號進行進一步降噪處理；運算子模塊，用于利用所述發(fā)射光信號光強的對數(shù)和所述濾波校正子模塊輸出的載波信號的增益值進行運算，獲得所述發(fā)射光信號光強的對數(shù)與所述增益值的乘積的方差值；則所述光信號放大子模塊，還用于通過對數(shù)運算放大器對所述方差值進行放大，獲得與所述空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)成比例關(guān)系的輸出信號值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射光信號接收模塊包括高靈敏度光電二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3、5-6中任一項所述的大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集所述接收器獲得的表征湍流強度的空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)， 并采集氣象條件參數(shù)，進行水熱通量數(shù)值的計算。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括氣象要素測量模塊，用于提供與水熱通量計算相關(guān)的氣象條件參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括傳輸模塊，用于將測量的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至用戶端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大尺度水熱通量觀測系統(tǒng)，包括發(fā)射器和接收器；其中，發(fā)射器包括高功率發(fā)射光源模塊，用于提供相應(yīng)波長的光信號；功率放大模塊，用于對所述光信號進行功率放大處理；發(fā)射光信號調(diào)制模塊，用于對經(jīng)過功率放大處理的光信號進行頻率調(diào)制，形成發(fā)射光信號；發(fā)射光信號輸出模塊，用于輸出所述發(fā)射光信號；接收器包括發(fā)射光信號接收模塊，用于接收所述發(fā)射光信號；發(fā)射光信號解調(diào)模塊，用于對所述發(fā)射光信號進行放大、降噪處理，獲得與水熱通量測量相關(guān)的空氣折射指數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)；能耗降低模塊，用于控制所述發(fā)射光信號解調(diào)模塊進入低功耗工作模式。通過本發(fā)明，能夠提高觀測系統(tǒng)中發(fā)射裝置的發(fā)射功率，同時降低接收裝置的電能消耗。
文檔編號G01N21/25GK102192885SQ20101011895
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者劉紹民, 徐自為, 施生錦, 黃彬香 申請人:北京師范大學(xué)