文档名：改进MUSIC算法的超声波测风方法研究
摘要：针对传统超声波测风装置测风精度不高、抗噪声能力弱,提出了一种改进多重信号分类(multiplesignalclas-sification,MUSIC)算法的超声波测风方法.采用一种弧形6阵元超声波传感器阵列的测风结构,推导其阵列流型;在此基础上,添加小波阈值降噪算法提高信号信噪比,降低噪声信号协方差矩阵的秩;再使用PHAT加权广义互相关时延估计算法以提高时延估计的准确性,同时根据时延关系对传统MUSIC算法矢量矩阵进行改进;最后通过MU-SIC算法实现对风速风向的测量.理论分析与仿真结果表明:改进后的MUSIC算法具有较好的抗噪性能和较高的风参数测量精度,测量风速绝对误差达到0.15m/s,风向绝对误差达到2°,可以应用于对风参数要求较高的场景.
Abstract：Traditionalultrasonicwindmeasurementdevicessufferlowwindmeasurementaccuracyandweaknoiseresistance.Toaddresstheseissues,thispaperproposesanimprovedMUSIC(multiplesignalclassification)algorithmforultrasonicwindmeasurement.Withtheimprovement,awindmeasurementstructureofanarc-shaped6-elementultrasonicarrayisadopted,anditsarraypopularityisderived.Basedonthis,awaveletthresholddenoisingalgorithmisemployedtoextracthighsignal-to-noiseratioultrasonicemissionsignalstoreducetherankofthecovariancematrix.ThePHATweightedgeneralizedcrosscorrelationtimedelayestimationalgorithmisemployedtoimprovetheaccuracyoftimedelayestimation.Finally,theMUSICalgorithmisadoptedtomeasurewindspeedanddirection.OurtheoreticalanalysisandsimulationresultsshowtheimprovedMUSICalgorithmhasexcellentnoiseresistanceperformanceandhighwindparametermeasurementaccuracy.Themeasurementwindspeederrorisbelow0.15m/s,andthewinddirectionerrorisbelow1°.Thus,ithashugepotentialsinscenarioswithhighrequirementsforwindparameters.
作者：唐心亮 宋欣朔 倪永婧Author：TANGXinliang SONGXinshuo NIYongjing
作者单位：河北科技大学信息科学与工程学院,石家庄050018
刊名：重庆理工大学学报 PKU
Journal：JournalofChongqingInstituteofTechnology
年，卷(期)：2024, 38(7)
分类号：TH765
关键词：阵列信号处理 MUSIC算法 小波阈值降噪 广义互相关 风速风向测量
Keywords：arraysignalprocessing MUSICalgorithm waveletthresholddenoising generalizedcrosscorrelation measurementofwindspeedanddirection
机标分类号：TN929.5TN821.91TM855
在线出版日期：2024年6月24日
基金项目：河北省高等学校科学技术重点研究项目，河北省教育厅青年基金项目，河北省教育厅青年基金项目改进MUSIC算法的超声波测风方法研究[
期刊论文] 重庆理工大学学报--2024, 38(7)唐心亮 宋欣朔 倪永婧针对传统超声波测风装置测风精度不高、抗噪声能力弱,提出了一种改进多重信号分类(multiplesignalclas-sification,MUSIC)算法的超声波测风方法.采用一种弧形6阵元超声波传感器阵列的测风结构,推导其阵列流型;在此基础...参考文献和引证文献
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