高精度超声波测风仪的设计

设计了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原理,并对系统采用的互相关时延估计算法进行了分析,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。     

连续超声波测风测温系统研究

超声波测风测温技术是大气湍流测量的主要手段,随着对大气湍流的研究不断深入,对大气湍流的测量提出了更高要求.针对传统脉冲超声波测风测温技术的不足,本文提出了利用连续调频超声波相位差测风测温的新方法,并设计了试验系统,初步试验取得了较好的测量结果.     

基于ARM微控制器的超声波测距系统设计

介绍了一种以LPC2134单片机为核心,综合了可变增益和温度补偿的超声波测距系统,并在ARM硬件平台上采用最小均方时延估计(Least-Mean-Square Time Dehy Estimate,以下简称LMSTDE)算法对采集到的回波进行数字信号处理,以提高超声波测距系统的精度和适应性.给出了这种测距系统的硬件原理电路和主要的软件设计思路,实验表明该系统具有较高的分辨率.     

基于广义互相关算法的时延估计

在无线电定位技术中,AOA、TOA、TDOA是目前最有发展潜力的蜂窝系统移动台定位技术。定位中对时间差估计的精度要求非常高,测量精度越高,由其引入的定位误差就会越小。传统的广义互相关算法在实际的噪声环境中产生的时延估计误差较高。在此基础上,对时延估计采用了基于周期互谱密度和互功率谱的广义互相关算法进行研究,改进了传统的广义互相关算法。仿真结果表明改进的时延估计算法在恶劣信道环境影响下表现出了相对较好的鲁棒性。     

探头固定特性对非介入式压力检测性能的影响

基于超声波的非介入式压力检测是利用超声波在容器壁中的传播时延与容器内压有关这一特性来实现压力检测。获得高信噪比的超声波信号和精确的传播时延是提高压力测量精度的关键。本文采用一发两收（一个发射探头、两个接收探头）模式,研究了接收探头固定特性对超声波信号幅值以及传播时延的影响。实验结果表明,随着探头荷载的增加,超声波信号幅值会随之增大并趋于稳定。此外,改变两个接收探头的荷载大小,超声波传播时延也会随之而变化,而且其传播时延改变量和由压力容器内压所引起的传播时延处于同一数量级。因此,在实际应用中应确保两个接收探头固定特性一致,从而提高压力测量精度。     

基于阵列时延系统的振源方位估计

为了有效地实现振源方位估计,设计了由三个加速度传感器组成的三角形阵列时延系统;分别推导了基于单三角形阵列的定向算法及基于双三角形阵列的定距算法,并且分析了单三角形阵列时延系统的定向精度,从而探讨了单三角形阵列的定向精度与双三角形阵列的定距精度之间的关系;最后通过实验,验证了单三角形阵列对振源方位估计及双三角形阵列对振源距离估计的有效性。     

连发弹丸爆炸声信号时延估计技术研究

根据声测连发地面炸点技术研究课题的需求,分析了复杂背景下连发弹丸爆炸声信号的特点,研究了一套适用于靶场实际测量环境的多目标信号时延估计技术,主要步骤为信号预处理、目标识别和时延提取。计算机模拟仿真结果表明,算法的时延估计精度可达到1.2毫秒,并可正确分离间隔大于半个信号主脉宽（约10毫秒）的粘连信号。利用课题组自行研制的原理样机采集了实弹射击的声信号,试验处理结果验证了算法的可靠性与正确性,且时延估计误差与数值仿真一致,较好地解决了连发地面炸点目标声学定位中的时延估计问题。     

改进遗传算法在多通道时延估计中的应用

首先针对目前大部分时延估计算法的估计精度受采样时间间隔限制,提出了一种基于超分辨分析方法的时延估计方法。当通道数大于2个时为多值优化问题,采用改进遗传算法实现了多通道时延估计。仿真实验验证了该方法的有效性,且其估计精度不直接受采样时间间隔的影响,非均匀搜索能够获得很好的估计性能。     

三维超声波测风仪原理与应用

超声波测风是超声波检测技术在气体介质中的一种新的应用。文章描述了三维超声波测风仪较之传统二维测风仪的优点,给出了超声波测风的原理并对其中的直接时差测风法作了详细介绍,最后给出了几种典型的三维超声波测风仪的应用领域。     

声源定位中声音到达各阵元时延估计的虚拟仪器实现

基于TDOA(Time Difference Of Arrival)的声源定位研究的核心问题是时延估计,时延估计的精度决定该算法的定位精度.将虚拟仪器的技术引入声源定位的研究中,用数字信号处理的方法进行时延估计,有效地提高了声源定位的精度和灵活性.     

一种考虑起振延迟的低频超声波短距高精度测量校准方法

利用超声波进行距离测量有着成本低、测量精度高的特点,因而在非接触距离测量中有着广泛应用。然而超声波换能器在接收低频信号过程中需要完成一个较长时间的起振过程,在短距(10 cm)测量场合中起振延迟在超声波飞行时间测量中占比可达50%以上,严重影响了超声波真实飞行时间的测量精度。本文提出了考虑超声波换能器延迟误差的距离测量公式,结合最小二乘法对超声波飞行距离、换能器延迟时间、温度和器件距离等参数进行了精确校准。在实验中,采用24.5 K超声波脉冲,使用基于到达时间差TDOA(Time Difference of Arrival)的方法对所提出方法进行了验证。实验证明,该方法在保证精度不丢失的情况下,避免了在不同环境温度下的多次采样和校准,解决了最小二乘法在低频超声波短距测量中可能存在的参数校准困难,对于各类短距离测量应用有较好的精度提升效果。所提出的测量和校准方法算法简单、实施方便,可基本满足各类短距测量需求。     

基于互相关的超声非介入测压方法

非介入测压对液压系统的故障诊断与检测具有关键作用,为了提高超声非介入式测压的测量精度,提出了一种基于互相关理论的超声延时计算方法,实验结果与客观实际较为相符,验证了基于互相关理论的超声非介入压力测量技术的可行性,为小管径液压系统的在线压力测量提供了一种新的方法.     

基于STM32F的超声波风速风向仪设计

为提高风电机组的发电效率及降低作业事故,针对风电机组的风速参数控制要求给出了基于STM32F系列处理器实现的超声波风速风向仪测量系统.该仪器运用超声波时差算法测量风速风向,简化了信号处理部分的硬件设计,经有效的软件滤波平滑算法并通过风洞标定后,获得较高精度和稳定性.设计的超声波风速风向仪在气象监测和风力发电机组的运行控制等应用方面具有实际使用价值.     

基于TDOA的室内超声波定位方法的改进

基于超声波和射频信号的TDOA（Time Difference Of Arrival,TDOA）室内无线传感网定位系统得到了越来越普遍的研究。其以距离测量为基础计算待测节点坐标。测距的误差影响定位结果的准确性。因此,文中主要目的是介绍基于超声波技术和射频技术定位系统的工作原理,通过采用总体最小二乘法（Total Least Square,TLS）的直线拟合方法对距离测量误差进行补偿,修正距离值,然后采用极小极大算法（Min-Max algorithm）进行定位的位置坐标计算,得到系统测距误差较小和定位准确性高的结果。实验数据仿真表明,该方法提高了距离测量精度和系统的定位准确性。     

基于AVR单片机的超声波测距系统构建

为了提高超声波测距精度,构建了基于AVR单片机的测距及数据处理系统。分析了超声波测距的原理,以AVR单片机为处理器设计了超声波产生和发射电路、超声波接收和信号处理电路以及温度测量和补偿电路等。针对温度对超声波速度的影响,根据超声波速度与温度的关系,设计了超声波速度补偿算法。为了提高回波时间测量准确性,减小随机噪声及空气中其他杂散播干扰的影响,采用均值数字滤波方法,对计数时间进行处理。实测结果表明,在3cm~400cm范围内,超声波测距系统测量数据准确,最大误差为0.66cm。     

基于C8051F120的高精度全天候超声测风仪的设计

本文在传统超声波测风仪的基本原理上,通过测量介质中温湿度数据并且进行有效的调节,进而补偿雨雾等环境因素影响,设计了一种具有温湿度传感器的全天候超声测风仪。文中详细阐述了超声测风仪的方法研究和系统结构,通过实验证明该装置可以实现全天候精确测量风速与风向,测量误差2%,为在恶劣环境下超声测风的应用提供了有效的设计方法。     

类GPS超声定位系统及其多基站距离估计算法研究

针对常规超声波局部定位系统的缺陷,介绍了类GPS超声定位系统及其工作原理.建立了超声扩频测距时延估计模型,根据此模型提出了一种基于FFT的单基站距离估计快速算法.根据多基站接收信号的特点,在单基站距离估计算法的基础上,介绍了一种基于短时傅立叶变换(STFT)的多基站距离估计算法.实验研究表明,在获得发射信号载波频率先验知识的情况下,多基站距离估计算法运算量不大,并能精确得到距离估计值,从而为小车的精确定位奠定基础.