[发明专利]一种风速风向评估系统及方法

权利要求书

1.一种风速风向评估系统，其特征在于所述的评估系统包括：

传声器阵列，用以收集不同风速风向下，风作用在传声器系统上产生的声信号，传声器阵列的阵元数量为三个以上；

模拟调理电路，将传声器收集到的声信号进行信号放大、带宽限制等模拟信号处理；

模数转换电路，对模拟调理电路输出信号进行模拟-数字同步转换，生成数字序列；

数字信号处理器，处理模数转换电路输出数字序列，得到风速风向数据；

数据输出电路，按照既定的传输协议输出数字信号处理器产生的风速风向数据；

系统电源电路，为系统提供稳定的工作电源。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的传声器阵列为四元阵、六元阵、八元阵或十元阵，传声器阵列的拓扑结构为圆阵、方阵、线阵、球面阵或四面体阵。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于阵列元孔径的配置为几厘米到几十米。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的模拟调理电路应保证阵列各通道信号处理的幅度相位一致性。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于模数转换电路为同步转换电路，保证阵列各通道数据采集的同步。

6.根据权利要求1-2和4-6中任一项所述的系统，其特征在于：

①四元圆阵列的孔径R为4厘米；

②传声器选用美国Analog Device公司生产的MEMS传声器ADMP504；

③模拟调理电路，选用美国Maxim公司生产的Max4466运放搭建的放大滤波电路，滤波器通频带设定为2Hz～1kHz；

④模数转换电路，选用美国Analog Device公司生产的AD73360，采样率设定为4kSPS，实现四路模拟信号的同步模数转换；

⑤数字信号处理器，选用美国Texas Instruments公司生产的MSP430F1611混合信号控制器，实现数字序列的数字信号处理；数据输出电路，采用美国Maxim公司生产的MAX3223构成RS-232标准串行接口电路；

⑥系统电源电路，使用美国Maxim公司生产的MAX8887产生系统工作所需的3.3V直流电源。

7.一种基于权利要求1所述的系统的风速风向评估方法，其特征在于所述的评估方法包括以下步骤：

传声器阵列采集风作用的声信号；

模拟调理电路对传声器阵列采集的声信号进行模拟信号处理；

模数转换电路对经模拟信号处理后的声信号进行模拟-数字同步转换，提供数字化传声器阵列数字序列，供后续处理模块执行信号处理方法；

数字信号处理器采用通道间一致性评估方法，对数字序列信号进行一致性评估；

数字信号处理器根据通道间一致性评估结果，通过既定风向换算方法，换算出风向数据信号；

数字信号处理器根据通道间一致性评估结果，通过既定风速换算方法，换算出风速数据信号；

数据输出电路按照既定输出数据协议，输出风速数据信号和风向数据信号。

8.根据权利要求7所述的评估方法，其特征在于所述的通道间一致性评估，通过相关系数统计运算方法、协方差统计运算方法、相对方差统计运算方法、相对标准差统计运算方法或相对残差统计运算方法实现。

9.根据权利要求7所述的评估方法，其特征在于所述的风向换算及风速换算通过查表、数值换算、线性拟合、曲线拟合或模糊推理实现。

10.根据权利要求7所述的风速风向评估方法，其特征在于所述的模数转换电路对经模拟信号处理后的声信号进行模拟-数字同步转换和数字信号处理器采用通道间一致性评估方法对数字序列信号进行一致性评估之间，还包括以下步骤：

数字信号处理器对数字序列信号执行基线去除、数字滤波和信号归一化的数字信号预处理。