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降雪量的大小对水资源调配、工农业生产、交通运输、气象监测等方面都有重大的影响,是气象探测中的一个重要观测数据。目前我国气象部门对积雪深度以人工观测为主,存在时效性差,时空密度不足等诸多弊端,不能全面、连续反映积雪的变化过程,为此,需要研制能够自动观测积雪深度变化的测量系统。现阶段,国外市场超声波雪深测量仪器已经开始实现商品化,其产品在测量精度、测量范围等方面均处于领先水平,市场占有率十分高。而国内针对超声波雪深测量技术的研究起步较晚,仅有个别厂商生产出成型的产品,但同国外同类产品相比仍存在较大差距,因此迫切需要自主创新,提高市场竞争力和占有率。值得注意的是,国内外相关科研机构及学者对于雪深测量的研究,大部分都是基于传统时差法,通过对硬件电路的改进来提高测量精度而展开的,随着空间干扰环境的日益复杂,尤其是空气中存在大量Alpha稳定分布噪声时,雪深测量的精准度会严重下降。因此,如何有效地抑制测量环境中大量存在的噪声,从而提高测量的精准度是雪深测量中的重点研究问题。针对以上问题,受长春气象仪器研究所校企合作项目委托,对雪深测量技术展开研究,并将相关技术应用到产品研发中。本文以Alpha稳定分布噪声为背景,研制了基于超声波法的宽范围、高精度的雪深测量系统,解决了现有的雪深测量系统中存在的测量范围小、精度低、抗噪声,干扰能力差等问题。首先,设计了一种相位翻转的超声回波信号模型,构建了一种超声回波信号的高斯模型,来模拟超声波传感器脉冲响应信号,用于时延估计算法的研究;接着,提出了三种雪深测量方法,分别是基于分数低阶循环相关时延估计算法的雪深测量方法、基于归一化互相关时延估计算法的雪深测量方法和基于相敏检波时延测量算法的雪深测量方法,并对这三种算法进行了理论分析、推导和仿真实验,验证了算法的可行性及其相关性能;最后搭建雪深测量系统验证本文所提出的三种雪深测量方法,主要包括硬件电路的设计、软件程序的编写和针对系统的一系列实测实验,产品样机的检验结果考察了系统的准确性和稳定性,印证了基于这三种雪深测量方法的超声波雪深测量系统满足本文提出的设计要求,主要技术指标达到国内先进同类产品的水平。本文所设计的超声波雪深测量系统均考虑了环境温度对于测量造成的影响,进一步提高了系统的精准度,为公众提供了有价值的气象信息,应用前景十分广泛。