激光云高儀功能規(guī)格需求書

1、附件1激光云高儀功能規(guī)格需求書（試行版）中國氣象局綜合觀測司2013年11月1 前言11.1 目的11.2 適用范圍11.3 制定依據(jù)12 功能要求12.1 云（底）高觀測要求22.1.1 定義22.1.2 輸出項目22.1.3 產(chǎn)品輸出時間與頻率22.1.4 準確度22.2 數(shù)據(jù)格式23 組成結(jié)構(gòu)23.1 硬件結(jié)構(gòu)23.2 軟件33.2.1 采集軟件33.2.2 終端軟件34 技術(shù)要求34.1 云高測量范圍34.2 云高最小分辨力34.3 可探測云層數(shù)34.4 固定目標(biāo)物距離測量誤差44.5 激光發(fā)射重復(fù)頻率44.6 接收器視場角44.7 功耗44.8 通訊傳輸44.9 時鐘精度要求45 環(huán)

2、境適應(yīng)性要求45.1 氣候條件45.2 生物條件55.3 化學(xué)活性物質(zhì)55.4 電磁兼容性要求55.4.1 電磁騷擾限值要求55.4.2 電磁抗擾度要求66 電源要求77 可靠性要求78 可維護性要求79 安全要求79.1 安全標(biāo)記及要求79.2 電氣安全79.2.1 防電擊危險89.2.2 保護接地措施89.2.3 過流保護89.2.4 基本電氣安全要求89.3 其它要求910 防雷要求910.1 一般要求910.2 直接雷擊的防護措施910.3 雷擊電磁脈沖的防護1010.3.1 屏蔽措施1010.3.2 等電位連接和采用共用接地系統(tǒng)1010.3.3 電涌保護措施10II1 前言云高的觀測

3、是地面氣象觀測中最基本的項目之一，云高觀測資料對天氣預(yù)報、氣候變化分析和氣象為社會公眾服務(wù)都有重要意義，為指導(dǎo)和規(guī)范云高觀測自動化工作，制定本需求書。本功能需求書由中國氣象局氣象探測中心牽頭編寫。1.1 目的本功能需求書在激光云高儀功能規(guī)格需求書（試驗版）基礎(chǔ)上進行了完善，主要針對激光云高儀的功能、組成結(jié)構(gòu)、觀測要求提出功能需求，為開展試驗考核評估和儀器設(shè)計定型提供依據(jù)。隨著氣象觀測設(shè)備水平的逐步發(fā)展和觀測需求的變化，功能需求書還將進一步完善。1.2 適用范圍本需求書適用于地面氣象觀測中激光云高儀的研發(fā)、考核、定型和使用。1.3 制定依據(jù)地面氣象觀測規(guī)范（中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準，2007年

4、）氣象儀器和觀測方法指南（第七版）（世界氣象組織，2005年）綜合氣象觀測系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃（2010-2015年）（中國氣象局，2009年）新型自動氣象（氣候）站功能規(guī)格書（中國氣象局，2010年）2 功能要求能夠自動實現(xiàn)云高觀測要素的原始數(shù)據(jù)采樣、存儲和處理，并按照規(guī)定數(shù)據(jù)格式輸由。2.1 云（底）高觀測要求2.1.1 定義云（底）高定義為云底海拔高度與測站海拔高度差。天頂云（底）高指所在觀測點天頂位置的云底高。2.1.2 輸由項目輸由瞬時天頂云底高和分層云高。2.1.3 產(chǎn)品輸由時間與頻率每分鐘輸由云高。2.1.4 準確度在水平能見度A2km的條件下，云高觀測的準確度應(yīng)達到表1的要求。表1云高

5、準確度要求觀測項目準確度云高1km±200m云高1km±20%2.2 數(shù)據(jù)格式以中國氣象局業(yè)務(wù)職能司發(fā)布的地面觀測氣象數(shù)據(jù)字典中云數(shù)據(jù)格式為準。3組成結(jié)構(gòu)3.1 硬件結(jié)構(gòu)激光云高儀主要由光學(xué)組件、發(fā)射器、接收器、處理器、供電電源、通信單元等組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：圖1激光云高儀結(jié)構(gòu)圖3.2 軟件3.2.1 采集軟件采集軟件運行在數(shù)據(jù)采集控制單元中，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)傳輸功能。3.2.2 終端軟件作為獨立設(shè)備運行時，終端軟件用于處理云觀測數(shù)據(jù)，是安裝在終端微機中的應(yīng)用軟件。終端軟件應(yīng)實現(xiàn)天頂云高輸由，按本功能規(guī)格需求書2.2節(jié)規(guī)定格式輸由。4技術(shù)要求1.1

6、 云高測量范圍1507500m。1.2 云高最小分辨力30m。1.3 可探測云層數(shù)3層。1.4 固定目標(biāo)物距離測量誤差30m。1.5 激光發(fā)射重復(fù)頻率不小于2500Hz。1.6 接收器視場角<1.2毫弧度。1.7 功耗V00W（不加熱）；W1000W（加熱）。1.8 通訊傳輸需支持串口RS232/485/422和RJ45傳輸方式。1.9 時鐘精度要求激光云高儀應(yīng)具有時鐘同步功能，實時時鐘走時誤差不大于15s/月。5 環(huán)境適應(yīng)性要求硬件的設(shè)計、制造和測試應(yīng)能承受該設(shè)備預(yù)期在地面氣象觀測站可能遇到的所有工作環(huán)境。設(shè)備應(yīng)能在上述環(huán)境中365天24小時連續(xù)不間斷工作。各種部件，如底座、安裝件等，

7、應(yīng)有足夠的機械強度和防腐蝕能力，確保在產(chǎn)品壽命期內(nèi)，不因外界環(huán)境的影響和材料本身原因而導(dǎo)致機械強度下降而引起危險和不安全。部分環(huán)境條件參考如下：5.1 氣候條件工作溫度：-45C50c相對濕度：5%100%大氣壓力：4501060hPa降水強度：06mm/min5.2 生物條件設(shè)備應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆烂咕胧?，但除非使用在特殊的環(huán)境條件或使用方有要求時，不必通過長霉試驗來鑒定其抗毒菌能力。設(shè)備應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆乐箘游飺p壞措施，如鼠咬、蟻啃等。5.3 化學(xué)活性物質(zhì)工作在正常大氣條件下的激光云高儀，應(yīng)在材料、表面涂覆和工藝上采取相應(yīng)的措施，使其具有一定的抗化學(xué)活性物質(zhì)危害的能力。工作在沿海、海島的設(shè)備，必須

8、考慮大氣中鹽霧的影響，在材料、表面涂覆和工藝上采取必要的措施，使其具有足夠的抗化學(xué)活性物質(zhì)危害的能力，在產(chǎn)品壽命期內(nèi)不致因腐蝕而引起產(chǎn)品的失效。鹽霧試驗時間應(yīng)不少于48小時，其他試驗條件符合有關(guān)行業(yè)或國家標(biāo)準的要求。5.4 電磁兼容性要求5.4.1 電磁騷擾限值要求電源端口和信號端口的傳導(dǎo)騷擾限制要求分別見表2和表3。表2電源端口傳導(dǎo)騷擾限值頻率范圍（MHZ限值（dBiV）準峰值平均值0.150.5665656460.5556465306050表3信號端口傳導(dǎo)共騷擾限值頻率范圍電壓限值（dBpV)電流限值（dBpA)(MHZ準峰值平均值準峰值平均值0.150.58474746440303020

9、0.53074643020電源端口和信號端口的輻射騷擾限值應(yīng)滿足表4的要求。表4在10mfiE離測量的輻射騷擾限值頻率范圍（MHz）限值dB(pV/m)30230302301000375.4.2 電磁抗擾度要求表5需滿足的試驗內(nèi)容和嚴酷度等級內(nèi)容試驗條件交流電源端口直流電源端口控制和信號端口電壓暫降和短時中斷抗擾度30%0.5周期60%5周期100%250周期1.2/50lS（電壓）8/20uS（電流）浪涌沖擊抗擾度線對地：±2KV線對地：±1KV線對地：±1KV電快速瞬變脈沖群抗擾度±2KV5Kz±1KV5Kz±2KV5Kz射頻電磁

10、場輻射抗擾度801000MHz3v80%AMk(1KHZ801000MHz3v80%AMk(1KHN801000MHz3v80%AMk(1KHZ靜電放電抗擾度接觸放電：±4KV空氣放電：±8KV接觸放電：±4KV空氣放電：±8KV接觸放電：±4KV空氣放電：±8KV6 電源要求(1)接入電源為交流單相電源(2)電壓：220V±15%(3)交變頻率：50±2.5Hz7 可靠性要求產(chǎn)品應(yīng)進行可靠性設(shè)計、試驗和驗證工作?？煽啃裕篗TBF(Q1)>3000小時8 可維護性要求設(shè)備的平均故障修復(fù)時間(MTTR)應(yīng)低于3

11、0分鐘。MTTR包括故障的檢測、故障單元拆除及更換。整個系統(tǒng)易于擴展和維修；各部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)充分考慮維修的方便性、快捷性和不易誤操作性；接線標(biāo)志清晰不易混淆，應(yīng)采取充分的措施保證即使非專業(yè)人員操作也不易產(chǎn)生誤操作。9 安全要求9.1 安全標(biāo)記及要求標(biāo)記符合GB4793.1-2007測量、控制和實驗室用電氣設(shè)備的安全要求關(guān)于“設(shè)備用圖形符號”的要求。(1) 交流電源接入端口設(shè)“當(dāng)心電擊危險”安全標(biāo)記；(2)低壓直流電源接入端口以紅色“+”和黑色“”標(biāo)出極性，并標(biāo)明額定電壓值；(3) 電源開關(guān)標(biāo)明電源“通”、“斷”位置；(4)標(biāo)明電源熔斷器額定電流值。9.2 電氣安全9.2.1 防電擊危險機箱內(nèi)

12、帶危險電壓的導(dǎo)電部件都應(yīng)有防護措施，足以避免操作人員可能用手或一般維修工具直接接觸。把危險電壓引入機箱的導(dǎo)線在穿過機箱外殼處應(yīng)有絕緣防護措施，這些導(dǎo)線進入機箱后應(yīng)適當(dāng)走線和固定，機箱內(nèi)所有和這些導(dǎo)線可能直接接觸的金屬零部件都應(yīng)有接地措施，以防一旦導(dǎo)線絕緣損壞，這些金屬零部件不致帶有危險。9.2.2 保護接地措施激光云高儀各獨立部件和傳感器都應(yīng)有保護接地措施。各保護接地線不應(yīng)構(gòu)成回路，應(yīng)在導(dǎo)電的底板或機架上設(shè)置一個點，作為保護接地、電源接地的公共接地點。從這點到地的連接應(yīng)連續(xù)永久，連接導(dǎo)線截面積不小于16mm2接地端子或接地接觸件與需要接地的零部件之間的連接電阻不應(yīng)超過0.1Q。9.2.3 過流

13、保護使用市電的激光云高儀，必須對一次電路設(shè)置過流保護裝置。9.2.4 基本電氣安全要求a) 絕緣電阻使用市電供電時，在電源的初級電路和機殼絕緣電阻不小于2MQo使用12V直流電源供電時，電源初級電路和機殼間絕緣電阻，不應(yīng)小于1MQ。b) 泄漏電流使用市電供電時，激光云高儀泄漏電流值不得超過3.5mA。c) 抗電強度使用市電供電的激光云高儀，電源的初級電路和機殼間應(yīng)能承受幅值1500V，電流5mA的沖擊耐壓試驗，歷時一分鐘，試驗中不應(yīng)出現(xiàn)飛弧和擊穿。試驗結(jié)束后儀器能正常工作。使用低壓直流電源供電的激光云高儀，電源的初級電路和機殼間應(yīng)能承受幅值500V，電流5mA的沖擊耐壓試驗，歷時一分鐘，試驗中

14、不應(yīng)出現(xiàn)飛弧和擊穿。試驗結(jié)束后儀器能正常工作。9.3 其它要求a) 儀器設(shè)備結(jié)構(gòu)上的棱緣或拐角，應(yīng)倒圓和磨光；b) 對于在產(chǎn)品壽命期內(nèi)無法始終保持足夠的機械強度而需要定期維護或更換的部件，應(yīng)在產(chǎn)品使用說明書上醒目地載明更換周期并著重注明不這樣做的危險性；c) 用作電氣連接或其他連接的螺釘連接件，應(yīng)能承受正常使用時的機械壓力。d) 室外無防護條件下使用的激光云高儀或部件，如無特殊要求，其外殼防護等級應(yīng)符合IP65要求。10 防雷要求10.1 一般要求應(yīng)具備防直接雷擊和防雷擊電磁脈沖的措施,防雷安全要求和設(shè)計應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準的要求。防雷類別的確定：根據(jù)QX4-2000第6條的規(guī)定確定防雷類別。10.2 直接雷擊的防護措施應(yīng)處在接閃器的保護范圍內(nèi)。防直接雷擊的沖擊接地電阻應(yīng)不大于4Q。10.3 雷擊電磁脈沖的防護10.3.1 屏蔽措施信號線應(yīng)采用屏蔽電纜，采用非屏蔽電纜時，應(yīng)外穿金屬管。電纜的屏蔽層和金屬管下端應(yīng)接到地網(wǎng)上。設(shè)備到室內(nèi)的電纜線應(yīng)敷設(shè)在電纜溝內(nèi)，如沒有條件時電纜應(yīng)在入戶前應(yīng)穿金屬管埋地。10.3.2 等電位連接和采用共用接地系統(tǒng)采用共用接地系統(tǒng)（地網(wǎng)），將所有金屬部件就近連接到該接地系統(tǒng)上。共用接地系統(tǒng)（地網(wǎng)）