三维超声波测风系统中算法研究及其换能器阵列设计
发布时间：2021-10-22 15:10
超声波测风作为气象测风的主流方式一直备受关注,对超声波测风的系统性研究近年来逐步加深。但是传统的超声波测风系统研究往往忽略了风力场中流体流动的特点以及伴随着流体共同传输的超声波信号噪声分布的特点,在算法研究中直接套用匹配度较低的高斯模型,在阵列研究中忽略阴影效应的影响,导致系统测量精确度与稳定性较低。本文从超声波测风特点出发,阐述其优越性并分析当前研究的技术难点,确定提高系统测量精确度与稳定性的研究方向:超声波时延估计算法研究、三维超声波换能器阵列设计以及系统硬件与软件的选型和设计,并将各部分的研究结果应用到三维超声波测风系统中,通过各部分分别仿真测试验证系统理论上的精确度和稳定性,通过系统整体分析与测试检验系统实际应用时所能达到的性能指标。超声波信号在传输过程中出现非高斯噪声的现象非常严重,给时延估计算法处理带来了困难。针对这一问题,提出了一种基于SαS-FLOCS的广义分数低阶协方差时延估计算法。该方法在传统时延估计算法的基础上,考虑有色噪声的分布特点,利用对称alpha稳定分布模型改进其滤波方式,在谱估计过程中引入分数低阶协方差,利用协方差系数参数建立滤波器,对处理后的信号进行协...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
5（b1）层流流动状态下垂直正交阵列速度
（b2）层流流动状态下垂直正交阵列三组换能器所在路径速度折线图（b）层流流动状态下垂直正交阵列仿真图图3.5 层流流动状态下阵列速度分布云图和三组换能器所在路径速度折线图从图 3.5（a）、（b）中可以看出，在流场参数为 V=2m/s，Re=1437 时，此时绕流流动为层流，非正交阵列与垂直正交阵列在换能器测速路径上的速度曲线略有差异，但是整体速度云图并无区别，前后换能器的耦合程度相似。在相同流场参数下对两种测风阵列的三条测风路径进行速度值离散采样并求均值，对比数据如表 3.2 所示：表3.2 层流流动状态下两种阵列测风路径速度均值阵列 测风路径 理想值（m/s） 仿真值（m/s） 误差（m/s）非正交阵列AB 2 1.7125 0.2875AC 1.4142 1.3887 0.0255AD 1.4142 1.3912 0.023垂直正交阵列OP 0 0.1305 0.1305OQ 2 1.6432 0.3568OR 0 0.1184 0.1184由表 3.2 可以提取出非正交阵列三条测风路径的风速仿真值： ▄ ▂ ； ▅▅▄ ； ▆ ；代入式（3.18）可以算得风速大小 非正交 ▆ ▄▂ ，则其误差率为： 非正交 非正交 △ ▁ △ ( )由于水平偏角和垂直偏角表达式中没有包含全部仿真值
（b2）湍流流动状态下正交阵列三组换能器所在路径速度折线图（b）湍流流动状态下正交阵列仿真图图3.6 湍流流动状态下阵列速度分布云图和三组换能器所在路径速度折线图从图 3.6（a）、（b）中可以看出，在流场参数为 V=12m/s，Re=8620 时，此时绕流流动为湍流，换能器尾迹区涡流有增大迹象，测风路径上高速流动区缩短，取而代之的是不稳定的涡流团。上游换能器后方，云图波动强烈，颜色变化较快，表示后方一段距离里速度干扰严重。下游换能器由于上游换能器产生的涡流团的干扰，其边界层涡流叠加，速度明显不符合理想值。在相同流场参数下对两种测风阵列的三条测风路径进行速度值离散采样并求均值，对比数?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SCOT双加权二次相关的时延估计算法[J]. 张宇,严天峰. 全球定位系统. 2018(05)
[2]铁电驻极体空气耦合声换能器的研制[J]. 童立坤,项延训,邓明晰,邱勋林. 声学技术. 2018(05)
[3]风电场风参数感知方法现状与展望[J]. 沈小军,周冲成,付雪姣,雷川丽. 同济大学学报(自然科学版). 2018(09)
[4]基于小波降噪的稀疏傅里叶变换时延估计[J]. 严天峰,张宇,魏楠,杨志飞. 测控技术. 2018(07)
[5]基于时差-脉宽调制法的超声波流量计[J]. 谭超,胡诗俊,苏超,王家成,李宗燎. 仪表技术与传感器. 2018(04)
[6]基于双耳相干函数的鲁棒时延差估计与混响抑制算法[J]. 方义,陈友元,牟宏宇,冯海泓. 清华大学学报(自然科学版). 2018(05)
[7]基于Myriad预处理和分形盒维数的信号检测方法[J]. 陈坚,陈红,蔡晓霞,翁鹏飞. 电子信息对抗技术. 2017(06)
[8]超声波多普勒流量测量技术的研究[J]. 张丽娟. 电脑知识与技术. 2017(02)
[9]脉冲噪声环境下基于宽带模糊函数的双基地MIMO雷达目标参数估计新方法[J]. 李丽,邱天爽. 电子学报. 2016(12)
[10]超声波时差法的三维矢量风测量系统[J]. 邓云逸,姚振东,刘凯,邱玲,皮波. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(04)
硕士论文
[1]基于alpha稳定分布半导体器件1/f噪声建模及参数估计方法研究[D]. 王玉祥.吉林大学 2016
[2]基于FPGA的地面测风系统研究与设计[D]. 张延成.南京理工大学 2013
本文编号：3451349
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
5（b1）层流流动状态下垂直正交阵列速度
（b2）层流流动状态下垂直正交阵列三组换能器所在路径速度折线图（b）层流流动状态下垂直正交阵列仿真图图3.5 层流流动状态下阵列速度分布云图和三组换能器所在路径速度折线图从图 3.5（a）、（b）中可以看出，在流场参数为 V=2m/s，Re=1437 时，此时绕流流动为层流，非正交阵列与垂直正交阵列在换能器测速路径上的速度曲线略有差异，但是整体速度云图并无区别，前后换能器的耦合程度相似。在相同流场参数下对两种测风阵列的三条测风路径进行速度值离散采样并求均值，对比数据如表 3.2 所示：表3.2 层流流动状态下两种阵列测风路径速度均值阵列 测风路径 理想值（m/s） 仿真值（m/s） 误差（m/s）非正交阵列AB 2 1.7125 0.2875AC 1.4142 1.3887 0.0255AD 1.4142 1.3912 0.023垂直正交阵列OP 0 0.1305 0.1305OQ 2 1.6432 0.3568OR 0 0.1184 0.1184由表 3.2 可以提取出非正交阵列三条测风路径的风速仿真值： ▄ ▂ ； ▅▅▄ ； ▆ ；代入式（3.18）可以算得风速大小 非正交 ▆ ▄▂ ，则其误差率为： 非正交 非正交 △ ▁ △ ( )由于水平偏角和垂直偏角表达式中没有包含全部仿真值
（b2）湍流流动状态下正交阵列三组换能器所在路径速度折线图（b）湍流流动状态下正交阵列仿真图图3.6 湍流流动状态下阵列速度分布云图和三组换能器所在路径速度折线图从图 3.6（a）、（b）中可以看出，在流场参数为 V=12m/s，Re=8620 时，此时绕流流动为湍流，换能器尾迹区涡流有增大迹象，测风路径上高速流动区缩短，取而代之的是不稳定的涡流团。上游换能器后方，云图波动强烈，颜色变化较快，表示后方一段距离里速度干扰严重。下游换能器由于上游换能器产生的涡流团的干扰，其边界层涡流叠加，速度明显不符合理想值。在相同流场参数下对两种测风阵列的三条测风路径进行速度值离散采样并求均值，对比数?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SCOT双加权二次相关的时延估计算法[J]. 张宇,严天峰. 全球定位系统. 2018(05)
[2]铁电驻极体空气耦合声换能器的研制[J]. 童立坤,项延训,邓明晰,邱勋林. 声学技术. 2018(05)
[3]风电场风参数感知方法现状与展望[J]. 沈小军,周冲成,付雪姣,雷川丽. 同济大学学报(自然科学版). 2018(09)
[4]基于小波降噪的稀疏傅里叶变换时延估计[J]. 严天峰,张宇,魏楠,杨志飞. 测控技术. 2018(07)
[5]基于时差-脉宽调制法的超声波流量计[J]. 谭超,胡诗俊,苏超,王家成,李宗燎. 仪表技术与传感器. 2018(04)
[6]基于双耳相干函数的鲁棒时延差估计与混响抑制算法[J]. 方义,陈友元,牟宏宇,冯海泓. 清华大学学报(自然科学版). 2018(05)
[7]基于Myriad预处理和分形盒维数的信号检测方法[J]. 陈坚,陈红,蔡晓霞,翁鹏飞. 电子信息对抗技术. 2017(06)
[8]超声波多普勒流量测量技术的研究[J]. 张丽娟. 电脑知识与技术. 2017(02)
[9]脉冲噪声环境下基于宽带模糊函数的双基地MIMO雷达目标参数估计新方法[J]. 李丽,邱天爽. 电子学报. 2016(12)
[10]超声波时差法的三维矢量风测量系统[J]. 邓云逸,姚振东,刘凯,邱玲,皮波. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(04)
硕士论文
[1]基于alpha稳定分布半导体器件1/f噪声建模及参数估计方法研究[D]. 王玉祥.吉林大学 2016
[2]基于FPGA的地面测风系统研究与设计[D]. 张延成.南京理工大学 2013
本文编号：3451349
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3451349.html
最近更新
教材专著
