α 和高斯混合噪声背景下超声波风矢量测量

石屹然，齐金伟，曲思凝，赵 洋

（吉林大学通信工程学院，吉林长春130022）

1 引 言

风速、风向作为气象要素的重要组成部分，在军事、航空、航海、交通等国计民生的各个方面均有着重大的影响［1］。相比于传统的如热敏测量［2］、多普勒测量［3］、皮托管测量［4］以及机械测量［5］等测量方法，超声波风矢量测量方法具有的测量精度高、范围宽、适用于各种野外复杂情况等优点，使之成为国内外学者的热点研究问题。

针对超声波风矢量测量问题，Ruttgen［6］提出了一种基于相对时差法的超声波风速风向测量方法，该方法利用超声波在顺、逆风情况下渡越时间的不同来测量风速，从而消除了环境温湿度等参数对测量精度的影响，有效地提高了测量精度。但是该方法忽略了环境噪声对超声波渡越时间测量的影响，在较低信噪比条件下，该方法测量性能急剧下降。对此，Castagnede 等［7］将超声波渡越时间测量问题凝练为含噪信号时延估计问题，提出了一种基于自相关时延参数估计的风矢量测量方法，有效抑制了高斯噪声对时延参数估计精度的影响。然而，该方法在一定程度上锐化了信号的峰值，存在峰值误判的问题［8］。Brassier 等［9］提出了一种基于互相关时延参数估计的超声波风矢量测量方法，该方法将发射信号与接收信号进行互相关运算，直接估计渡越时间，减小了计算结果的方差。曹长宏等［10］在互相关时延估计算法的基础上提出了一种二次互相关时延估计算法。该方法通过对互相关和自相关运算结果再次进行互相关运算以估计超声波渡越时间，进一步降低了时延估计算法的信噪比阈值。……