多旋翼无人机搭载二维超声风传感器观测研究

利用多旋翼无人机搭载二维超声风传感器进行40 m低空悬停测风试验,试验结果表明无人机搭载二维超声风传感器测风与同高度梯度塔静态测风结果时序性趋势吻合,两者风速平均偏差0.46 m/s,风速均方根误差1.15 m/s,风向平均偏差4.21°,风向均方根误差16.68°风速出现系统性高估。无人机测风结果与静态测风结果差异与环境风速关系显著,而与环境风向观测不明显。同时随无人机倾角增大,两种方法绝对误差表现为先减小后增大。

超声风传感器故障排除个例分析

WS425型风传感器由于其探测原理先进,探测精度高,能够适应各种恶劣环境,易于维护等特点,广泛用于气象、航空、公路、铁路以及能源等领域,在我国的气象观测中,该型产品已成为标准的测风仪器,使用非常普遍。由于该设备比较精密,采用了很多高科技的技术,因此一旦出现故障,维修起来比较复杂。该文通过对一次超声风传感器故障维修,简要介绍了超声风传感器原理、参数设置方法及故障排除的流程,以供同行借鉴。

WindObserver 75超声风频繁掉线分析与处理

本文主要讲述了WindObserver 75超声风传感器频繁掉线的现象,分析风传感器因掉线而风数据丢失的原因,从风传感器,电源质量,供电、通信线路、外界环境等方面进行分析和处理,经过不断的整改和测试,总结得出故障原因是强弱电共管,因网管资源条件有限,将电信号转为光信号与强电共管,成功解决故障。

超声波测风系统的设计及低速风洞试验分析

本文主要探究了超声波测风系统的软硬件设计内容,并通过风洞标定试验对本系统的应用效果进行了验证。该系统的主控单元采用低功耗、高性能的MSP430F5528单片机,使用TDC1000收发一体超声波换能器,获取顺风和逆风下超声波信号的飞行时间,并通过时差法求得风速。试验结果表明,本系统的风速测量结果与风洞实际风速十分接近,误差在0.04 m/s~0.08 m/s,超声波测风精度较高,达到了设计预期。

WindSonic型超声测风传感器及其降水环境探测性能评估

为了评估超声测风传感器在实际环境下,特别是不同降水强度情况下探测性能,选用具有代表性的WindSonic型测风传感器评估与机械旋转式测风传感器,开展了长时间实际对比观测。对两种传感器风速观测值的多种数字统计特征进行了对比,利用Wilcoxon符号秩检验了两种传感器风向观测值,并对不同降水强度下风速差值均值、差值标准差、风向一致率等多个指标进行了对比分析。结果表明,WindSonic型测风传感器与机械旋转式测风传感器风速、风向总体无显著性差异,WindSonic型测风传感器风速值总体大于机械旋转式测风传感器,降水对WindSonic型测风传感器的探测性能造成了影响。

基于脉冲宽度调制技术的超声波测风系统研究

给出了时差法超声波测风系统的总体设计,分析了几种改善超声波信号到达时刻的方法。重点提出了一种基于脉冲宽度调制技术(PWM)的超声波驱动信号的具体实现方法。同时对采用和不采用调制技术两种方案进行了详细的对比分析,结果表明采用调制技术的驱动脉冲更有利于正确判决超声波回波信号的到达时刻。所设计的超声波脉冲驱动方案对基于时差法的超声波风速仪具有重要的参考价值。

三维超声波风速测量仪主控电路系统设计与实现

针对风洞中对极低风速精准测量的需要,该文设计一种超声波测量极低风速阵列的主控硬件电路系统。相对于一般超声波测风速风向仪器中常见的专用时间测量单元加普通单片机的结构,该系统采用FPGA+DSP结构,包括主控模块、数据采集模块、回波调理模块、发射驱动模块和通信部分。DSP根据上位机下发的设置参数,控制FPGA对回波信号进行增益控制、滤波和采样并由DSP实时进行风速的测算。结果显示,该硬件系统在长时间运行中风速的标准差最高为0.028 m/s,表明该硬件电路系统对极低风速具有很高的测量精度与稳定度。

高精度超声波测风仪的设计

设计了一种能用于低空风速风向测量的新型超声波测风仪。给出了超声波测风的基本原理,并对系统采用的互相关时延估计算法进行了分析,详细描述了超声波测风仪的系统结构和时序控制。实验证明:该系统可以精确测量风速与风向,并具有频响快、工作可靠等特点,可以用于机场区域低空风场情况的实时监测。

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。

超声波测风系统中自适应时延估计算法的研究

在时差法超声波测风系统中,风速的测量精度受到时间延迟估计精度、两超声波传感器的距离精度等的影响。在后者一定的情况下,测风精度对时延估计精度提出了更高的要求。对此,采用了一种基于权值检测的最小均方误差(LMS)自适应时延估计算法,从而实现了高精度时延估计。计算机仿真与实际测试表明:该算法的估计精度满足了所研制的超声波测风系统的设计要求,能够用于机场区域低空风场情况的监测。

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。

α和高斯混合噪声背景下超声波风矢量测量

针对α与高斯混合噪声下的超声波风矢量高精度、宽范围测量问题,本文提出了一种基于FLOM的双相测量方法。首先,利用FLOM算子对α与高斯混合噪声进行抑制,克服了传统的二阶矩以及高阶累计量无法在α和高斯混合噪声背景下使用的缺点。然后,将时延估计方法转化为相位估计方法,并利用参考信号的正交性,提出了一种基于FLOM的双相测量方法,消除了超声波传播过程中的幅值变化对测量精度的影响。仿真结果表明:在风速为0~70 m/s条件下,所提方法的测量精度与测量范围均高于时延估计方法;在信噪比为-10 dB的条件下,风速的均方根误差仍小于1.5 m/s,风向角的均方根误差小于2°。实测结果表明:在强风条件下,风速的均方根误差为0.104 m/s,风向角的均方根误差为0.54°。本文所提方法能在α与高斯混合噪声条件下对风矢量进行精确估计,其结果明显优于时延估计方法。

微机型超声瞬时风速风谱测量系统

介绍一种微机型超声瞬时风速风谱测量系统。该系统发挥无惯性检测的优势,结合计算机技术,完成瞬时风速和阵风风速谱的测量,从更高层次上揭示自然风的特性。经过风洞鉴定及强台风野外实测考验证明,该系统具有精度高、频响快、工作可靠等特点。

基于二次相关的双阵元接收阵列超声波风矢量测量

针对在低信噪比条件下超声波风速风向测量精度低的问题,提出一种基于二次相关法的双阵元接收阵列超声波风速风向测量方法。首先采用由一个超声波发射传感器和两个接收传感器组成的阵列结构,其次在该系统结构基础上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。最后通过模拟仿真实验对所提测风方法进行有效性验证,并通过双阵元测风系统进行了实测数据验证。实验结果表明,基于二次相关算法的双阵元接收阵列超声波传感器风速风向测量方法具有较强的噪声抑制能力,在实测环境下风速风向最大测量误差分别为0.24 m/s和2.4°,基本达到了超声波测风仪的设计要求。

三维超声波测风仪原理与应用

超声波测风是超声波检测技术在气体介质中的一种新的应用。文章描述了三维超声波测风仪较之传统二维测风仪的优点,给出了超声波测风的原理并对其中的直接时差测风法作了详细介绍,最后给出了几种典型的三维超声波测风仪的应用领域。

互射式三阵元超声波传感器的二次相关测风方法

针对现有的超声波测风仪测量精度不高、受环境温湿度及阴影效应等因素影响较大等问题,提出了一种基于二次相关的互射式三阵元超声波测风方法.所提方法采用三阵元互射式阵列结构并结合二次相关的时延估计算法进行超声波传播时间测量,进而根据超声波传播时间与风速风向的关系得到风速风向值.所提方法具有较强的噪声抑制能力,而且可减小阴影效应及消除温湿度对风速风向测量的影响.通过模拟仿真实验以及搭建的互射式三阵元超声波测风系统对所提方法进行了有效性验证和实测数据验证.实验结果表明,与正交对射式测量方法、阵列式测风方法以及基于一次相关的互射式三阵元测风方法相比,所提方法具有更高的测风精度.在实测实验中风速测量的相对误差为2.38%、风向测量的误差为2.3°,基本达到了超声波测风的技术要求.

超声测风传感器测量结果不确定度分析

为研究超声测风传感器的可靠性,需要对其测量不确定度进行测试和评定。选择HDF-720低速回路风洞作为测试环境,以标准二等皮托管为标准器。按照测试规程,进行两项测试:(1)在同一风洞不同风速条件下,将偏转角为0°的超声测风传感器与风杯式传感器进行对比测试;(2)在5 m/s的风速条件下,将超声测风传感器在不同风向角度下进行测试。经过比较分析,分别计算出几种测试结果的不确定度分量及其自由度等。结果表明:超声波测风传感器由于其工作原理,在分析其不确定度时必须考虑不同角度下测试结果的不确定度。超声测风传感器在不同风速下测得的扩展不确定度比风杯式传感器小,即使当下限风速为5 m/s时,其在不同角度下测得的扩展不确定度也比风杯式传感器小,所以超声测风传感器应用于气象领域是可行的。

采用ZigBee和超声测风的风电场数据采集与监控系统设计

为实现快速准确地采集并监控风电场信息,设计一种基于ZigBee无线传感器网络和超声测风技术的风电场数据采集与监控系统。该系统集成了风电场数据采集装置、ZigBee网络和监控软件三部分。在风电场中,使用基于超声测风的数据采集装置完成各种气象信息的采集;利用ZigBee无线传感器网络将气象信息上传到监控软件;监控软件可实现风电场气象数据采集、分析、存储等功能,并对风力发电机组运行实时监控,为风电场的网络化测控提出了一种新型的解决方案。

用二次相关提高超声测风精度和噪声抑制性能

以超声测风为应用背景,对基于相关法的时延估计性能进行分析,指出其存在的问题。利用发射信号为已知这一先验信息,提出了二次相关估计时延的解决方法。仿真结果表明,在相同的信噪比下,与相关法相比,二次相关法能够利用先验信息,提高了时延估计的正确率,并能改善系统6 dB以上的噪声抑制性能。最后,对二次相关法的运算量进行了分析,并分别以TI TMS320C5000系列DSP处理器和Altera CycloneⅡ系列FPGA作为硬件平台,估计了该方法在这两种平台上的处理时间,得出了该方法可满足实时处理的结论。

超声波式与螺旋桨式测风传感器数据对比分析

风速风向测量对船舶航行、系泊、防台、救援等有重要的作用,文中以超声波测风传感器数据为基准,结合螺旋桨式测风传感器安装位置,对航行状态的螺旋桨式测风数据进行了误差分析,并指出了各个方向上的风速风向误差源,为螺旋桨式测风传感器的总体布置优化提供参考。