風(fēng)與人們的實(shí)際生活有著緊密的聯(lián)系,風(fēng)速與風(fēng)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(xué)者對于測風(fēng)領(lǐng)域展開了大量的相關(guān)研究。由于超聲波測風(fēng)儀所具有的測量范圍寬,測量速度快,準(zhǔn)確度高的優(yōu)異特性獲得人們的認(rèn)可,目前被廣泛應(yīng)用于風(fēng)速風(fēng)向測量研究。超聲波測風(fēng)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(dāng)環(huán)境復(fù)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?xí)䦟?dǎo)致一些方法失效。本文在對這個問題進(jìn)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(fēng)速風(fēng)向的測量與MVDR波束形成算法相結(jié)合進(jìn)行研究。本文的主要工作內(nèi)容如下:1.推導(dǎo)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(dǎo)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(dá)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(shí)現(xiàn)了對風(fēng)速風(fēng)向的估計。通過仿真實(shí)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(jìn)行改進(jìn),可以達(dá)到簡化運(yùn)算的效果。仿真實(shí)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(kuò)展陣列孔徑達(dá)到提高分辨率的效果。本文主要針對風(fēng)速和風(fēng)向的測量問題提出一種基于陣列的風(fēng)速和風(fēng)向測量的新方法。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(fù)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(fēng)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(biāo)和 y坐標(biāo)范圍內(nèi)均只得到一個最大值，即對應(yīng)估計的風(fēng)速值和風(fēng)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(xiàn)】

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本文編號：2888236