[发明专利]一种低空风探测的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于使用有向声波探测诸如风速、风向之类的大气现象的系统，尤其涉及一种低空风探测的方法。

背景技术

在风速与风向的探测中，常用的手段有测风塔、风廓线雷达、激光雷达、声雷达等。测风塔由于安装复杂，一般用于固定点位置安装测试，且其高度受塔高的影响而受限。风廓线雷达属于无线电雷达，其发射信号的频率有可能受电磁环境的干扰，且其在靠近地面的高度范围内探测精度受到地物杂波等的影响而降低，局限性较大。激光雷达是使用激光来进行风速的探测，其探测结果受能见度的影响较大。

现有技术中，没有较为快速、准确的方法进行低空风（20～500m）三维矢量的探测。

发明内容

本发明的目的是提供一种低空风探测的方法，能够对低空风（20～500m）三维矢量进行精确的测量。

一种低空风探测的方法，该方法包括：

将接收到的在某一层面不同方向上各向散射的后向散射回波的频率与其发射时的频率f₀相比较，获得朝某一方向发射的信号在该层面的频移量f_d；

根据f₀、f_d与传播速度C计算该层面上每一方向的风速V_d：

利用矢量合成算法将该层面上不同方向的风速进行合并，得到该层面上风速的三维矢量。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过检测大气中声波的后向散射回波相对发射信号的多普勒频移来计算风速与风向，该方法能快速准确的进行低空风三维矢量的计算。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种声雷达系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种天线的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种低空风探测的方法的流程图；

图4a本发明实施例提供的一种天线中换能器排列的示意图；

图4b本发明实施例提供的另一种天线中换能器排列的示意图；

图5本发明实施例提供的一种发射信号的多频编码示意图；

图6本发明实施例提供的一种多频累加示意图；

图7本发明实施例提供的一种回波信号预处理的流程图；

图8本发明实施例提供的一种计算某一方向上方向谱数据的流程图；

图9本发明实施例提供的一种计算风速三维矢量的流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明通过声雷达系统进行低空风的探测，如图1所示，声雷达系统主要包括：相控阵天线与信号处理主机。信号处理主机包括电源、数字信号处理器（DSP）、功率放大器与滤波放大器。如图2所示，相控阵天线由64个具有收发可逆特性的压电陶瓷换能器组成，64个换能器以8×8的方式紧密排列，单个换能器口径与发射信号中心频率对应的半波长相当，天线截面形状为正四边形。其中，每一排或一列的换能器相位值相同，并且相邻两排或两列的换能器的相位差移量是相等的，大约为45度，从而，可形成东南西北4个倾斜波束，倾斜波束中心偏离垂直轴线大约为15度。

本实施例结合附图3，对声雷达系统进行低空风探测的过程进行详细的说明，如图2所示，主要包括如下步骤：

步骤301、信号处理主机产生发射信号，经由天线产生多方向发射波束进行发射。

天线中的64个换能器分为两组，一组为距离天线每一个顶点最近的3个换能器（如图4a所示，共12个换能器），只进行信号的接收；剩下的52个换能器，组成正八边形（如图4b所示）可进行信号的收发。

信号处理主机产生的发射信号（电信号）经过功率放大后，发送至天线，天线将该发射信号转换为声波信号，并天线中的换能器根据不同的组合排列及相位差，产生不同方向上的发射波束进行发射。