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移動式氣象站作為可快速部署的氣象監測設備，其核心在于傳感器集成、數據處理與通信傳輸的協同運作。其工作原理與技術架構可分為三個關鍵模塊：傳感器單元、數據處理單元及通信傳輸單元。
傳感器單元是氣象數據采集的基礎，集成多類高精度傳感器。溫度傳感器多采用熱敏電阻或熱電偶，部分設備配備紅外傳感器以適應高溫環境;濕度傳感器以電容式高分子薄膜為主，具備溫度補償功能，可應對暴雨或強蒸發場景。氣壓監測依賴壓阻式硅傳感器，精度達±0.1hPa，通過氣壓-海拔公式換算輔助定位。風速風向測量采用超聲波技術，通過測量順/逆風方向超聲波傳播時差計算風速，無機械轉動部件的特性使其抗粉塵、結冰能力強，適合惡劣環境;風向則由金屬風向標搭配絕對式編碼器實現，角度分辨率達1°。雨量監測通常使用翻斗式雨量計，部分設備升級為激光雨滴譜儀，可測量雨滴大小分布及降雨強度。此外，光照強度、紫外輻射、顆粒物(PM2.5/PM10)等傳感器可擴展監測功能，滿足農業應急、森林防火等場景需求。
數據處理單元負責原始信號的轉換與分析。傳感器輸出的模擬信號經高精度ADC轉換為數字信號，采樣頻率可達10Hz以上，確保數據實時性。微處理器或嵌入式計算機對數據進行濾波去噪，消除電磁干擾與機械振動引起的異常值，并通過非線性校準修正傳感器老化偏移。例如，風速風向數據需經滑動平均算法消除陣風干擾，輸出10分鐘平均風速;氣壓數據則通過計算3小時變壓率輔助判斷天氣系統移動。
通信傳輸單元實現數據的遠程回傳與本地存儲。設備支持4G/5G網絡、北斗衛星通信、微波/超短波通信等多種模式。在有網絡覆蓋區域，數據通過運營商網絡實時上傳至應急指揮中心;偏遠地區則依賴北斗短報文功能確保通信不中斷。短距離高速傳輸(如10km內)可采用微波/超短波通信，抗干擾能力強，適用于山區、災區等復雜地形。設備內置大容量存儲器，支持離線存儲數據，采樣間隔可設為1分鐘至1小時，后期通過USB或無線方式導出。部分系統配備中繼無人機，當主站被地形遮擋時，無人機升空作為通信中繼節點，擴展信號覆蓋范圍。
