激光云高仪功能规格需求书试行版

1、附件1激光云高仪功能规格需求书（试行版）中国气象局综合观测司2013年11月1 前言 . 11.1 目的 11.2 适用范围 . 11.3 制定依据 . 12 功能要求 . 12.1 云（底）高观测要求 . 22.1.1 定义 . 22.1.2 输出项目 . 22.1.3 产品输出时间与频率 . 22.1.4 准确度 . 22.2 数据格式 23 组成结构 . 23.1 硬件结构 . 23.2 软件 . 33.2.1 采集软件 33.2.2 终端软件 . 34 技术要求 . 34.1 云高测量范围 . 34.2 云高最小分辨力 . 34.3 可探测云层数 . 34.4 固定目标物距离测量误差

2、. 44.5 激光发射重复频率 . 44.6 接收器视场角 . 44.7 功耗 . 44.8 通讯传输 . 44.9 时钟精度要求 . 45 环境适应性要求 . 45.1 气候条件 45.2 生物条件 55.3 化学活性物质 55.4 电磁兼容性要求 55.4.1 电磁骚扰限值要求 55.4.2 电磁抗扰度要求 66 电源要求 . 77 可靠性要求 . 78 可维护性要求 79 安全要求 . 79.1 安全标记及要求 79.2 电气安全 79.2.1 防电击危险 89.2.2 保护接地措施 89.2.3 过流保护 89.2.4 基本电气安全要求 89.3 其它要求 910 防雷要求 . 910

3、.1 一般要求 . 910.2 直接雷击的防护措施 . 910.3 雷击电磁脉冲的防护 . 1010.3.1 屏蔽措施 . 1010.3.2 等电位连接和采用共用接地系统 . 1010.3.3 电涌保护措施 . 10II1 前言 云高的观测是地面气象观测中最基本的项目之一，云高 观测资料对天气预报、气候变化分析和气象为社会公众服务 都有重要意义，为指导和规范云高观测自动化工作，制定本 需求书。本功能需求书由中国气象局气象探测中心牵头编 写。1.1 目的 本功能需求书在激光云高仪功能规格需求书（试验 版）基础上进行了完善，主要针对激光云高仪的功能、组 成结构、观测要求提出功能需求，为开展试验考核

4、评估和仪 器设计定型提供依据。随着气象观测设备水平的逐步发展和 观测需求的变化，功能需求书还将进一步完善。1.2 适用范围 本需求书适用于地面气象观测中激光云高仪的研发、考 核、定型和使用。1.3 制定依据地面气象观测规范 （中华人民共和国气象行业标准， 2007 年）气象仪器和观测方法指南 （第七版）（世界气象组织， 2005 年）综合气象观测系统发展规划（ 2010-2015 年）（中国 气象局， 2009 年）新型自动气象（气候）站功能规格书 （中国气象局， 2010 年）2 功能要求能够自动实现云高观测要素的原始数据采样、存储和处理，并按照规定数据格式输出。2.1云（底）高观测要求2.

5、1.1定义云（底）高定义为云底海拔高度与测站海拔高度差。 天顶云（底）高指所在观测点天顶位置的云底高。2.1.2输出项目输出瞬时天顶云底高和分层云高。2.1.3产品输出时间与频率每分钟输出云高。2.1.4准确度在水平能见度2km的条件下，云高观测的准确度应达 到表1的要求。表1云高准确度要求观测项目准确度云高v 1km± 200m云高1km± 20%2.2数据格式以中国气象局业务职能司发布的地面观测气象数据字典中云数据格式为准。3组成结构3.1硬件结构激光云高仪主要由光学组件、发射器、接收器、处理器、供电电源、通信单元等组成，结构框图如图所示：图1激光云高仪结构图3.2软件

6、3.2.1采集软件米集软件运行在数据米集控制单兀中，具有数据米集、 数据处理、数据存储和数据传输功能。3.2.2终端软件作为独立设备运行时，终端软件用于处理云观测数据， 是安装在终端微机中的应用软件。终端软件应实现天顶云高 输出，按本功能规格需求书 2.2节规定格式输出。4技术要求4.1云高测量范围150 7500m。4.2云高最小分辨力30m。4.3可探测云层数3层。4.4 固定目标物距离测量误差30m 。4.5 激光发射重复频率不小于 2500Hz 。4.6 接收器视场角<1.2毫弧度。4.7 功耗<300W （不加热）；<1000W （加热）。4.8 通讯传输需支持串口

7、 RS232/485/422 和 RJ45 传输方式。4.9 时钟精度要求 激光云高仪应具有时钟同步功能，实时时钟走时误差不 大于 15s / 月。5 环境适应性要求 硬件的设计、制造和测试应能承受该设备预期在地面气 象观测站可能遇到的所有工作环境。设备应能在上述环境中 365 天 24 小时连续不间断工作。各种部件，如底座、安装 件等，应有足够的机械强度和防腐蚀能力，确保在产品寿命 期内，不因外界环境的影响和材料本身原因而导致机械强度 下降而引起危险和不安全。部分环境条件参考如下：5.1 气候条件工作温度：-45 C50 C相对湿度：5%100%大气压力：4501060hPa降水强度：06m

8、m/min5.2生物条件设备应采取适当的防霉菌措施，但除非使用在特殊的环 境条件或使用方有要求时，不必通过长霉试验来鉴定其抗霉 菌能力。设备应采取适当的防止动物损坏措施，如鼠咬、蚁啃等。5.3化学活性物质工作在正常大气条件下的激光云高仪，应在材料、表面 涂覆和工艺上采取相应的措施，使其具有一定的抗化学活性 物质危害的能力。工作在沿海、海岛的设备，必须考虑大气中盐雾的影响， 在材料、表面涂覆和工艺上采取必要的措施，使其具有足够 的抗化学活性物质危害的能力，在产品寿命期内不致因腐蚀 而引起产品的失效。盐雾试验时间应不少于48小时，其他试验条件符合有关行业或国家标准的要求。5.4电磁兼容性要求5.4

9、.1电磁骚扰限值要求电源端口和信号端口的传导骚扰限制要求分别见表2和表3。表2电源端口传导骚扰限值频率范围（MHZ限值（dBy V）准峰值平均值0.15 0.566 5656 460.5 556465306050表3信号端口传导共骚扰限值频率范围（MHZ电压限值（dBy V）电流限值（dBy A）准峰值平均值准峰值平均值0.15 0.584 7474 6440 3030 200.5 3074643020电源端口和信号端口的辐射骚扰限值应满足表4的要求。表4在10m距离测量的辐射骚扰限值频率范围限值(MHz)dB(卩 V/m)30 23030230100037542电磁抗扰度要求表5需满足的试验

10、内容和严酷度等级内容试验条件交流电源端口直流电源端口控制和信号端口电压暂降和短时中断抗扰度30% 0.5周期60% 5周期100% 250 周期1.2/50卩S（电压）8/20卩S（电流）浪涌冲击抗扰度线对地：土 2KV线对地：土 1KV线对地：土 1KV电快速瞬变脉冲群 抗扰度± 2KV 5Kz±1KV 5Kz± 2KV 5Kz射频电磁场辐射抗扰度80 1000MHz3v80% AMk(1KHZ80 1000MHz3v80% AMk( 1KHz80 1000MHz3v80% AMk(1KH0静电放电抗扰度接触放电：土 4KV空气放电：土 8KV接触放电：土 4K

11、V空气放电：土 8KV接触放电：土 4KV空气放电：土 8KV6 电源要求( 1 )接入电源为交流单相电源( 2 )电压： 220V ±15%( 3 )交变频率： 50 ±2.5 Hz7 可靠性要求 产品应进行可靠性设计、试验和验证工作。可靠性： MTBF(Q1) >3000小时8 可维护性要求设备的平均故障修复时间( MTTR )应低于 30 分钟。MTTR 包括故障的检测、故障单元拆除及更换。 整个系统易于扩展和维修； 各部件的结构设计应充分考虑维修的方便性、快捷性和 不易误操作性；接线标志清晰不易混淆，应采取充分的措施保证即使非 专业人员操作也不易产生误操作。9

12、 安全要求9.1 安全标记及要求标记符合 GB 4793.1-2007 测量、控制和实验室用电 气设备的安全要求关于“设备用图形符号”的要求。(1) 交 流电源接入端口设“当心电击危险”安全标记；(2) 低 压直流电源接入端口以红色“ + ”和黑色“”标出极 性，并标明额定电压值；(3) 电源开关标明电源“通”、“断”位置；(4) 标 明电源熔断器额定电流值。9.2 电气安全9.2.1 防电击危险 机箱内带危险电压的导电部件都应有防护措施，足以避 免操作人员可能用手或一般维修工具直接接触。把危险电压引入机箱的导线在穿过机箱外壳处应有绝 缘防护措施，这些导线进入机箱后应适当走线和固定，机箱 内所

13、有和这些导线可能直接接触的金属零部件都应有接地 措施，以防一旦导线绝缘损坏，这些金属零部件不致带有危 险。9.2.2 保护接地措施激光云高仪各独立部件和传感器都应有保护接地措施。 各保护接地线不应构成回路，应在导电的底板或机架上 设置一个点，作为保护接地、电源接地的公共接地点。从这 点到地的连接应连续永久，连接导线截面积不小于 16mm 2接地端子或接地接触件与需要接地的零部件之间的连接电阻不应超过0.1 Q。9.2.3 过流保护使用市电的激光云高仪，必须对一次电路设置过流保护 装置。9.2.4 基本电气安全要求a) 绝缘电阻 使用市电供电时，在电源的初级电路和机壳绝缘电阻不小于2M Q。使用

14、12V直流电源供电时，电源初级电路和机 壳间绝缘电阻，不应小于1M Q。b) 泄漏电流使用市电供电时，激光云高仪泄漏电流值不得超过3.5mA 。c) 抗电强度 使用市电供电的激光云高仪，电源的初级电路和机壳间 应能承受幅值 1500V ，电流 5mA 的冲击耐压试验，历时一 分钟，试验中不应出现飞弧和击穿。试验结束后仪器能正常 工作。使用低压直流电源供电的激光云高仪，电源的初级电路 和机壳间应能承受幅值 500V ，电流 5mA 的冲击耐压试验， 历时一分钟，试验中不应出现飞弧和击穿。试验结束后仪器 能正常工作。9.3 其它要求a) 仪器设备结构上的棱缘或拐角，应倒圆和磨光；b) 对于在产品寿

15、命期内无法始终保持足够的机械强度 而需要定期维护或更换的部件，应在产品使用说明书上醒目 地载明更换周期并着重注明不这样做的危险性；c) 用作电气连接或其他连接的螺钉连接件，应能承受 正常使用时的机械压力。d) 室外无防护条件下使用的激光云高仪或部件，如无 特殊要求，其外壳防护等级应符合 IP65 要求。10 防雷要求10.1 一般要求 应具备防直接雷击和防雷击电磁脉冲的措施, 防雷安全要求和设计应符合行业标准的要求。防雷类别的确定：根据 QX4-2000 第 6 条的规定确定防雷类别。10.2 直接雷击的防护措施应处在接闪器的保护范围内。防直接雷击的冲击接地电 阻应不大于4 Q。10.3 雷击电磁脉冲的防护10.3.1 屏蔽措施 信号线应采用屏蔽电缆，采用非屏蔽电缆时，应外穿金 属管。电缆的屏蔽层和金属管下端应接到地网上。设备到室 内的电缆线应敷设在电缆沟内，如没有条件时电缆应在入户 前应穿金属管埋地。10.3.2 等电位连接和采用共用接地系统 采用共用接地系统（地网） ，将所有金属部件就近连接 到该接地系统上。共用接地系统（地网）的接地电阻应不大 于4 Q。10.3.3 电涌保