基于声参量阵的风速测试系统关键技术研究

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1、;、、了y：r/UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目基于声参量阵的风速测试系统关键技术研究学科专业控制科学与工程学号201221250165作者姓名靳银蕊指导教师陈敏副研究员独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与

2、我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：_勒氣i日期：功/5年J月^•日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：勒邻基'导师签名：日期：>/夕年M月上又日分类号密级注1UDC学位论文基于声参量

3、阵的风速测试系统关键技术研究（题名和副题名）靳银蕊（作者姓名）指导教师陈敏副研究员电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业控制科学与工程提交论文日期2015.03.01论文答辩日期2015.05.26学位授予单位和日期电子科技大学2015年06月22日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。THEKEYTECHNOLOGYRESEARCHOFWINDSPEEDTESTSYSTEMBASEDONACOUSTICPARAMETRICARRAYAMasterThesisSubmit

4、tedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ControlScienceandEngineeringAuthor:YinruiJinAdvisor:MinChenSchool:SchoolofAeronautics&Astronautics摘要摘要风在当今科技飞速发展进步的时代，已不仅仅是一种自然现象，作为清洁的可再生能源，风能越来越受到全世界的重视。无论在科学研究中，还是在工业生产中，风速测量都有大量的应用，尤其在气象领域和风力发电领域，风速测

5、量有着更为重要的应用价值。风速风向仪种类繁多，测量原理也不尽相同。目前较先进的是超声波风速测试技术，虽然克服了传统测量方法的缺点，但无法实现大空间范围内的风速测试，限制了风的应用范围。针对声参量阵可以产生独特的高指向性低频声波，并能将其传播到很远距离的特性，本文提出利用时差法测量原理建立声参量阵风速测试系统，开发出一种新的风速测试方法，实现远距离、大空间范围内的风速测试。首先，本文对声参量阵的工作原理进行了详细的阐述，对其在空气中的指向性进行MATLAB仿真分析，以此给出用声参量阵进行风速测试的理论依据和可行性；对声参量

6、阵和超声波在空气中的传播情况进行比较分析，以此验证声参量阵测风速方法可实现大空间范围内的风速测试；对时差法的测量原理进行详细的讲解，以此得出影响风速测试精度的关键因素。其次，本文对几种互相关时延估计算法进行MATLAB仿真分析，通过对仿真结果的分析比较，选取测试精度最高的算法。为了获得较为理想的声参量阵信号进而提高风速测试系统的测量精度，对几种声参量阵预处理算法对风速测量精度的影响进行MATLAB仿真研究。然后，本文对整个系统的测风探头模块进行设计，其功能是发射和接收声参量阵信号，利用接收到的音频信号中携带的风速信息实现

7、风速风向测量。测风探头由声参量阵发射阵列和音频信号接收阵列两部分集合而成，发射阵列由超声波换能器实现，接收阵列由传声器实现。最后，本文根据理论和仿真结果分析，分别对系统的硬件电路实现和软件实现进行了详细设计，利用DSP芯片BF533和STM32芯片完成整个基于声参量阵的风速测试系统的设计与实现。在DSP平台上实现声参量阵的调制算法和时延估计算法，计算风速风向，在STM32平台上实现测量数据的LCD显示。同时搭建相关的实验测试平台，对系统进行调试和改进。关键词：声参量阵，风速风向测试，时差法，互相关时延估计算法，预处理算法

8、IABSTRACTABSTRACTIntoday'seraoftechnology,srapiddevelopmentandprogress,windhasexistednotonlyasanaturalphenomenon,butalsoasacleanrenewableenergy,windenergygetsm