基于二次相关的超声波风速风向测量方法

为解决超声波测风仪存在的抑制噪声能力不足、受环境温湿度等影响导致稳定性差等问题,提出一种基于二次相关算法的三阵元超声波测风方法。首先结合超声波测风原理设计了一种三阵元测风结构,该结构包含3个收发一体式超声波换能器;其次依据该系统结构给出一种基于二次相关的超声波传播时间测量方法,利用二次相关算法对噪声抑制更强的性能可有效提高风速风向测量的精度,并从理论上说明了所提测风方法不受超声波本身传播速度即环境温湿度对其的影响。最后通过模拟仿真实验和搭建的实际测量系统对所提方法进行了有效性验证。在实际测量中风速风向角的最大测量误差分别为2.0%和2.1°,基本达到了超声波风速风向测量的精度要求。

基于相位翻转的超声波风速风向测量

针对超声波测风中由于噪声影响收发时刻点不易确定导致测量精度不高的问题,提出了一种基于超声波相位翻转的风速风向测量方法。所提方法采用依据相对时差法的对射式阵列测风结构,通过改变超声波发射信号的相位,即在某一时刻使得超声波信号发生相位翻转标记为超声波发射信号时刻点,随后采用锁定放大器对接收的超声波信号进行处理,利用相敏检波器对相位的敏感特性以及对噪声较强的抑制能力,可准确地获得超声波接收信号相位翻转之处,并将其标记为接收信号时刻点。最后通过测量两个时刻点之间的超声波传播时间计算得到风速分量,进而可得实际的风速风向值。通过模拟仿真试验和实测数据验证了所提方法的可行性和有效性,试验结果表明所提方法在高斯噪声或与非高斯冲击噪声混合背景下均具有良好的测量性能,与阵列式测风法及相关法相比具有更高的测量精度。