真实的风向风速数据是各种海洋作业的基础,对于船舶航行、海上搜救、舰载机起降、防台风抗灾等具有重要意义。在海上测风过程中,常用测风装置往往受到船舶本身在各个方向上的空间运动影响,导致测量结果并不准确。这种场景下,需要通过船舶姿态和船舶航速航向数据补偿相对风的方式,才能解算出海洋真风数据。为此,实时、准确的获得相对风、船舶姿态和航速航向的同步数据是真风测量的前提,也是亟需解决的关键问题。本文以海上船载条件下实时、准确的获得真风解算所需数据为目的,研究和设计了一种基于实时操作系统μC/OS-Ⅲ和多传感器协同采集的船载测风装置,主要内容有:根据海洋船舶环境及所测量要素的特点,设计了一套多传感器协同采集的硬件测量方案,以三维风速风向传感器测量相对风,陀螺仪、加速度传感器及磁力传感器互补测量船舶姿态,GPS模块测量船舶航速航向;选用性能合适、成本较低的传感器、控制器及电源模块并合理的设计了船载测风装置的电路;对船载测风装置的外部机械结构进行了防水防腐蚀设计;建立专用的船载测风装置坐标系并成功的搭建了船载测风装置硬件。为实现海洋真风解算所需数据的同步、实时测量,设计并编写了船载测风装置中间层软件、基于μC/OS-Ⅲ的船载测风装置系统层软件及船载测风装置应用层软件。中间层软件负责实现船载测风装置硬件的初始化与驱动,使装置硬件在系统层软件运行前处于正常工作状态下;系统层软件负责船载测风装置的多任务划分、优先级配置、时间片轮转调度功能启用及事件标志组的创建,以实现船载测风装置划分任务之间的实时与同步;应用层软件负责为系统层软件的各个划分任务编写相应的实现代码,使船载测风装置具备多要素测量、船舶姿态解算及数据封装与发送等具体功能。对船载测风装置进行了无线通信质量实验,姿态测量对比实验、真风摇摆模拟风洞实验及实船实验。实验结果表明,船载测风装置的无线通信稳定,船舶姿态及相对风测量准确可靠,具备在海洋环境下长期测量的能力。依据真风摇摆模拟风洞实验数据,详细分析了船舶摇摆对船载测风装置测量的影响并提出一种基于旋转矩阵的数据处理方法,可以有效的消除船舶摇摆对海洋真风测量的影响。