高精度超声波测风仪的设计

高精度超声波测风仪的设计摘 要：设计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的原理，并对系统采用的互相关时延估计算法进行分析，详细描述了超声波测风仪的系统结构和时序控制。实

高精度超声波测风仪的设计 设计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 摘要： 本的原理，并对系统采用的互相关时延估计算法进行分析，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。 超声波测风；互相关检测；超声波传感器 关键词： Designofultrasonicanemometerofhighprecision anewultrasonicanemometerwhichisusedtomeasurelow-levelwind Abstract ： speedanddirectionisdesigned.theprincipleoftheultrasonicwindmeasurementis described,andthecross-correlationtimedelayesti__tionalgorithmofsystemis ____yzed.systemcofigurationandtimingcontrollofultrasonicanemometerare descibedindetail.experimentstestifythesystemcanaccuratelymeasurewindspeed anddirection.italsohasothersadvatages,suchasfastfrequencyresponse,good reliability,etc.soitcanbeusedforrealtimemonitoringofthesituationthelow-level windfieldatairport. ultrasonicwindmeasurement;cross-correlationdetection;ultrasonic Keywords: transdu__r 0前言 在民航运输中，风对飞机安全进场离场影响很大：风机起降时必须根据近地面的风速和 [1] 风向选择适宜的起飞、着陆方向；低空风场情况复杂时（如存在低空风切换）还会根据实 际情况推迟或取消__。所以，风的精确测量对飞行安全具有重要的意义。目前，我国民航机 场仍多采用机械式测风仪，这种测风仪的成本低，但测量精度不高，测量精度一般为0.3m/s。 传统的机械式因自身所固有的缺点将不再满足未来的需求。而超声波测风仪是超声波检测在 气体介质中的一种新的应用。超声波测风与传统的转环式、旋桨式测风相比具有独特的优点： 它没有旋转部件，不存在机械磨损和因结冰而冻住部件的问题；频响快，在被测风速范围内 输出是线性的；能够测定任意指定方向的风速分量；能够从理论上进行标定。这一技术在大 气科学和工业部门日趋广泛应用。本文设计了一种基于时差法的低成本高精度超声波测风系 统，采用互相关时延估计法进行高精度时延估计，以DSP+FPGA处理器架构为核心设计整个超 声波测风系统，通过对低空定点风速与风向的精确测量，实现对机场低空风场情况的实时监 测。