發(fā)布時間：2020-11-18 02:35

　　 風與人們的實際生活有著緊密的聯(lián)系,風速與風向的測量對于氣象、航空、航海等方面有重要的研究意義,國內(nèi)外的許多學者對于測風領(lǐng)域展開了大量的相關(guān)研究。由于超聲波測風儀所具有的測量范圍寬,測量速度快,準確度高的優(yōu)異特性獲得人們的認可,目前被廣泛應(yīng)用于風速風向測量研究。超聲波測風技術(shù)主要是以時差法為基礎(chǔ)展開研究。而時差法需要測量超聲波信號在超聲波傳感器發(fā)射端與接收端之間傳播所需的渡越時間(TOF)。當環(huán)境復雜的時候,環(huán)境噪聲增大,渡越時間(TOF)的測量則越發(fā)困難,甚至會導致一些方法失效。本文在對這個問題進行了探索,利用陣列信號處理方法有效抑制干擾噪聲的優(yōu)勢,將風速風向的測量與MVDR波束形成算法相結(jié)合進行研究。本文的主要工作內(nèi)容如下:1.推導了四元弧形超聲波傳感器陣列結(jié)構(gòu)的陣列流型。將四元弧形超聲波傳感器陣列推廣到N元弧形超聲波傳感器陣列結(jié)構(gòu),并推導了其陣列流型。針對N元弧形超聲波傳感器陣列,討論了其分辨范圍,分辨力與陣列結(jié)構(gòu)的關(guān)系以及克拉美—羅界的表達形式。2.基于N元弧形超聲波傳感器陣列結(jié)構(gòu),結(jié)合MVDR波束形成算法,實現(xiàn)了對風速風向的估計。通過仿真實驗驗證算法的有效性。3.將基于弧形超聲波傳感器陣列的MVDR波束形成算法進行改進,可以達到簡化運算的效果。仿真實驗驗證了其有效性以及快速性。4.針對于常規(guī)波束形成算法會受到瑞利限的限制的問題,采用虛擬陣元方法增加虛擬的陣元個數(shù)擴展陣列孔徑達到提高分辨率的效果。本文主要針對風速和風向的測量問題提出一種基于陣列的風速和風向測量的新方法。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：P412
【部分圖文】：

2 22 cos( 1*( )) cos( )2 1 2cos( 1*( )) cos( )2 1 2cos( (N 1)*( )) cos( 2 1 2cos( (N 1)*( )) cos( 2 1 NV c VNNV c VN 以看出( , V ) RVD,隨著半徑不斷增加，對度角 有關(guān)，由于式子比較復雜，我們借助的關(guān)系。分辨力 與弧度 的關(guān)系如

2 22 sin( 1*( )) sin( )2 1 2)cos( 1*( )) cos( )2 1 2sin( (N 1)*( )) sin( )2 1 2cos( (N 1)*( )) cos( 2 1 2VNV c VNVNV c VN 可以看出( , V ) RθD,隨著半徑不斷增加，對風弧度角 有關(guān)，我們依然借助 matlab 仿真軟件來分辨力 與弧度 的關(guān)系如圖 3.4 所示：

圖 4.2 V 5.1m/s 45譜峰圖 圖 4.3 135譜峰圖圖4.4 225譜峰圖 圖4.5 315譜峰圖由上述四組譜峰圖可以看出，每一組參數(shù)的估計結(jié)果，在 x坐標和 y坐標范圍內(nèi)均只得到一個最大值，即對應(yīng)估計的風速值和風向角大小。得到的估計結(jié)果數(shù)值為：（1）第一組參數(shù)估計數(shù)據(jù)： ， ，
【參考文獻】

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本文編號：2888236