基于波束形成算法风速风向的测量研究

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1、：ＴＮ９１１．７１８３分类号单位代码：１０：２０１５５２２０７０密研究生学号级：公开吉林大学硕士学位论文学术学位（）基于波束形成算法风速风向的测量研究ＷｉｎｄＳｐｅｅｄａｎｄＤｉｒｅｃｔｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄＢａｓｅｄｏｎＭＶＤＲＢｅａｍｆｏｒｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍ作者姓名：西继东专业：控制理论与控制工程研究方向列阵信号处理指导教师：石要武教授培养单位：通信工程学院２０１８年６月＊基于波束形成算法风速风

2、向的测量研究ＷｉｎｄＳｅｅｄａｎｄＤｉｒｅｃｔｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄＢａｓｅｄｏｎｐＭＶＤＲＢｅａｍｆｏｒｍｉｎＡｌｒｉｔｈｍｇｇｏ作者姓名：西继东专业名称：控制理论与控制工程指导教师：石要武教授学位类别：工学硕士答辩日期：ｗ年６月之日ｉｇ未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租Ｖ改编等有碍作者著作权的商业性使用（

3、但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担学位论文作者签名：兩日期：＾１３年今月吉林大学硕士学位论文摘要风与人们的实际生活有着紧密的联系，

4、风速与风向的测量对于气象、航空、航海等方面有重要的研究意义，国内外的许多学者对于测风领域展开了大量的相关研究。由于超声波测风仪所具有的测量范围宽，测量速度快，准确度高的优异特性获得人们的认可，目前被广泛应用于风速风向测量研究。超声波测风技术主要是以时差法为基础展开研究。而时差法需要测量超声波信号在超声波传感器发射端与接收端之间传播所需的渡越时间（TOF）。当环境复杂的时候，环境噪声增大，渡越时间（TOF）的测量则越发困难，甚至会导致一些方法失效。本文在对这个问题进行了探索，利用阵列信号处理方法有效抑

5、制干扰噪声的优势，将风速风向的测量与MVDR波束形成算法相结合进行研究。本文的主要工作内容如下：1.推导了四元弧形超声波传感器阵列结构的阵列流型。将四元弧形超声波传感器阵列推广到N元弧形超声波传感器阵列结构，并推导了其阵列流型。针对N元弧形超声波传感器阵列，讨论了其分辨范围，分辨力与阵列结构的关系以及克拉美—罗界的表达形式。2.基于N元弧形超声波传感器阵列结构，结合MVDR波束形成算法，实现了对风速风向的估计。通过仿真实验验证算法的有效性。3.将基于弧形超声波传感器阵列的MVDR波束形成算法进行改进

6、，可以达到简化运算的效果。仿真实验验证了其有效性以及快速性。4.针对于常规波束形成算法会受到瑞利限的限制的问题，采用虚拟阵元方法增加虚拟的阵元个数扩展阵列孔径达到提高分辨率的效果。本文主要针对风速和风向的测量问题提出一种基于阵列的风速和风向测量的新方法。关键词：超声波测量，阵列信号处理，波束形成算法，风速风向测量吉林大学硕士学位论文AbstractThereisacloserelationshipbetweenwindwithpeople'sreallife.Themeasurementofwind

7、informationhaspracticalsignificanceformeteorology,aviation,andnavigation.Manyscholarsathomeandabroadhaveconductedalotofrelevantresearchonwindmeasurement.Duetoitswidemeasuringrange,fastmeasurementspeed,andhighaccuracy,ultrasonichasbeenwidelyrecognizedfo

8、ritsuseinwindspeedmeasurement.Ultrasonicwindmeasurementtechnologyismainlybasedonthetimedifferencemethodtostartresearch.Thetimedifferencemethodneedstomeasurethetimeofflight(TOF)requiredfortheultrasonicsignaltotravelbetweenthetransmitting