超聲波測風(fēng)作為氣象測風(fēng)的主流方式一直備受關(guān)注,對超聲波測風(fēng)的系統(tǒng)性研究近年來逐步加深。但是傳統(tǒng)的超聲波測風(fēng)系統(tǒng)研究往往忽略了風(fēng)力場中流體流動的特點以及伴隨著流體共同傳輸?shù)某暡ㄐ盘栐肼暦植嫉奶攸c,在算法研究中直接套用匹配度較低的高斯模型,在陣列研究中忽略陰影效應(yīng)的影響,導(dǎo)致系統(tǒng)測量精確度與穩(wěn)定性較低。本文從超聲波測風(fēng)特點出發(fā),闡述其優(yōu)越性并分析當(dāng)前研究的技術(shù)難點,確定提高系統(tǒng)測量精確度與穩(wěn)定性的研究方向:超聲波時延估計算法研究、三維超聲波換能器陣列設(shè)計以及系統(tǒng)硬件與軟件的選型和設(shè)計,并將各部分的研究結(jié)果應(yīng)用到三維超聲波測風(fēng)系統(tǒng)中,通過各部分分別仿真測試驗證系統(tǒng)理論上的精確度和穩(wěn)定性,通過系統(tǒng)整體分析與測試檢驗系統(tǒng)實際應(yīng)用時所能達到的性能指標(biāo)。超聲波信號在傳輸過程中出現(xiàn)非高斯噪聲的現(xiàn)象非常嚴(yán)重,給時延估計算法處理帶來了困難。針對這一問題,提出了一種基于SαS-FLOCS的廣義分?jǐn)?shù)低階協(xié)方差時延估計算法。該方法在傳統(tǒng)時延估計算法的基礎(chǔ)上,考慮有色噪聲的分布特點,利用對稱alpha穩(wěn)定分布模型改進其濾波方式,在譜估計過程中引入分?jǐn)?shù)低階協(xié)方差,利用協(xié)方差系數(shù)參數(shù)建立濾波器,對處理后的信號進行協(xié)... 

【文章來源】：南京信息工程大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

5（b1）層流流動狀態(tài)下垂直正交陣列速度

（b2）層流流動狀態(tài)下垂直正交陣列三組換能器所在路徑速度折線圖（b）層流流動狀態(tài)下垂直正交陣列仿真圖圖3.5 層流流動狀態(tài)下陣列速度分布云圖和三組換能器所在路徑速度折線圖從圖 3.5（a）、（b）中可以看出，在流場參數(shù)為 V=2m/s，Re=1437 時，此時繞流流動為層流，非正交陣列與垂直正交陣列在換能器測速路徑上的速度曲線略有差異，但是整體速度云圖并無區(qū)別，前后換能器的耦合程度相似。在相同流場參數(shù)下對兩種測風(fēng)陣列的三條測風(fēng)路徑進行速度值離散采樣并求均值，對比數(shù)據(jù)如表 3.2 所示：表3.2 層流流動狀態(tài)下兩種陣列測風(fēng)路徑速度均值陣列 測風(fēng)路徑 理想值（m/s） 仿真值（m/s） 誤差（m/s）非正交陣列AB 2 1.7125 0.2875AC 1.4142 1.3887 0.0255AD 1.4142 1.3912 0.023垂直正交陣列OP 0 0.1305 0.1305OQ 2 1.6432 0.3568OR 0 0.1184 0.1184由表 3.2 可以提取出非正交陣列三條測風(fēng)路徑的風(fēng)速仿真值： ▄ ▂ ； ▅▅▄ ； ▆ ；代入式（3.18）可以算得風(fēng)速大小 非正交 ▆ ▄▂ ，則其誤差率為： 非正交 非正交 △ ▁ △ ( )由于水平偏角和垂直偏角表達式中沒有包含全部仿真值

（b2）湍流流動狀態(tài)下正交陣列三組換能器所在路徑速度折線圖（b）湍流流動狀態(tài)下正交陣列仿真圖圖3.6 湍流流動狀態(tài)下陣列速度分布云圖和三組換能器所在路徑速度折線圖從圖 3.6（a）、（b）中可以看出，在流場參數(shù)為 V=12m/s，Re=8620 時，此時繞流流動為湍流，換能器尾跡區(qū)渦流有增大跡象，測風(fēng)路徑上高速流動區(qū)縮短，取而代之的是不穩(wěn)定的渦流團。上游換能器后方，云圖波動強烈，顏色變化較快，表示后方一段距離里速度干擾嚴(yán)重。下游換能器由于上游換能器產(chǎn)生的渦流團的干擾，其邊界層渦流疊加，速度明顯不符合理想值。在相同流場參數(shù)下對兩種測風(fēng)陣列的三條測風(fēng)路徑進行速度值離散采樣并求均值，對比數(shù)?

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]基于alpha穩(wěn)定分布半導(dǎo)體器件1/f噪聲建模及參數(shù)估計方法研究[D]. 王玉祥.吉林大學(xué) 2016
[2]基于FPGA的地面測風(fēng)系統(tǒng)研究與設(shè)計[D]. 張延成.南京理工大學(xué) 2013



本文編號：3451349