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(multiple signal classification, 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MUSIC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0.15 m/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。

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