[发明专利]三维空间来风的风速测量系统及方法

权利要求书

1.一种三维空间来风的风速测量系统，其特征在于，所述三维空间来风的风速测量系统包括：

第一超声波传感器，用于发射超声波信号；

四个第二超声波传感器，各所述第二超声波传感器以所述第一超声波传感器为原点O，在xoy平面内，均匀排列形成第一四元弧阵列，用于接收所述第一超声波传感器发射的超声波信号；

四个第三超声波传感器，各所述第三超声波传感器以所述第一超声波传感器为原点O，在yoz平面内，均匀排列形成第二四元弧阵列，用于接收所述第一超声波传感器发射的超声波信号；

数据处理器，分别与各所述第二超声波传感器、各所述第三超声波传感器连接，用于根据各所述第二超声波传感器接收到的超声波信号以及各所述第三超声波传感器接收到的超声波信号，确定三维空间中来风的风速、方位角及俯仰角；

所述确定三维空间中来风的风速、方位角及俯仰角，具体包括：

选取不同的空间风投影在xoy平面上的水平风速分量和在xoy平面的风的水平方位角及对应的空间风投影在yoz平面上的垂直风速分量和在yoz平面上的风的垂直方位角；

针对每一组空间风投影在xoy平面上的水平风速分量和在xoy平面的风的水平方位角，根据所述第一四元弧阵列中的四个第二超声波传感器接收的超声波信号，计算所述第一四元弧阵列的第一输出功率；多个第一输出功率形成第一输出功率谱；

从所述第一输出功率谱中选出最大的第一输出功率，并确定所述最大的第一输出功率对应的空间风投影在xoy平面上的水平风速分量V1和在xoy平面的风的水平方位角θ；

针对每一组空间风投影在yoz平面上的垂直风速分量和在yoz平面上的风的垂直方位角，根据所述第二四元弧阵列中的四个第三超声波传感器接收的超声波信号，计算所述第二四元弧阵列的第二输出功率；多个第二输出功率形成第二输出功率谱；

从所述第二输出功率谱中选出最大的第二输出功率，并确定所述最大的第二输出功率对应的空间风投影在yoz平面上的垂直风速分量V2和在yoz平面上的风的垂直方位角

根据所述水平风速分量V1、水平方位角θ、垂直风速分量V2及垂直方位角确定三维空间中来风的风速、方位角及俯仰角。

2.根据权利要求1所述的三维空间来风的风速测量系统，其特征在于，所述数据处理器为STM32系列的单片机。

3.根据权利要求1所述的三维空间来风的风速测量系统，其特征在于，各所述第二超声波传感器到第一超声波传感器的距离、各所述第三超声波传感器到第一超声波传感器的距离分别为10cm。

4.根据权利要求1所述的三维空间来风的风速测量系统，其特征在于，所述第一四元弧阵列中相邻两个第二超声波传感器与第一超声波传感器连线的夹角、所述第二四元弧阵列中相邻两个第三超声波传感器与第一超声波传感器连线的夹角分别为20°。

5.根据权利要求1所述的三维空间来风的风速测量系统，其特征在于，所述第一超声波传感器的型号为MA40S4S，各所述第二超声波传感器、各所述第二超声波传感器的型号分别为MA40S4R。