CN102681032A - 基于多普勒雷达和风标传感器的二维风场测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多普勒雷达和风标传感器的测量矢量风场的方法，属于信号处理和检测技术领域。本测量方法主要是多普勒雷达快速扫描测量风场的径向风速，风标传感器实时测量风场的多点风向，各个风标传感器将风向信息通过无线网发送给多普勒雷达，多普勒雷达根据各点的风向计算实际风速，最后根据风向、风速信息绘出二维风场图像。本发明的快速、实时的二维风场测量系统不需要进行大量的矩阵运算，而只需要做简单的除法就可以得到风场信息，解决了目前风场测量过程中测量时间长，且不准确的问题。能够快速、实时提供二维瞬时风场信息。

Description

基于多普勒雷达和风标传感器的二维风场测量方法

技术领域

本发明专利涉及一种二维风场测量方法，具体涉及一种基于多普勒雷达和风标传感器测量矢量风场方法，属于信号处理和检测技术领域。

背景技术

风对高速铁路运行、港口船只进出港、飞机起降等有着至关重要的影响。实时、准确对铁路沿线、港口码头、机场等风场准确测量是高速铁路运行、港口船只进出港、飞机起降等安全的重要保障。

目前广泛应用的风速测量手段是风廓线雷达和风杯传感器。但风廓线雷达反演风场时需要进行复杂的矩阵运算，计算时间较长，而且当求解矩阵为病态矩阵时，求解得到的风场误差很大，无法满足对矢量风场测量的实时性和准确性要求。风杯传感器在气象部门广泛使用。风杯传感器测量风速时输出脉冲，输出的脉冲频率与风速为线性关系。通过计算脉冲频率，达到风速测量的目的。为了得到精确的风速测量，计算脉冲的时间较长，通常采样时间为数分钟。而且风杯传感器仅能测量风速，不能测量风向，更无法反演风场。风杯传感器无法满足实时、准确对矢量风场测量的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供高速铁路、港口和航空等领域上应用的一种全新的二维风场测量方法。利用多普勒雷达和风标传感器，实时、准确地展示二维风场图像。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

本发明基于多普勒雷达和风标传感器的二维风场测量方法，系统由多普勒雷达、多个风标传感器组成。其特征在于：多普勒雷达快速扫描测量风场的径向风速，风标传感器实时测量风场的多点风向，各个风标传感器将风向信息通过无线网发送给多普勒雷达，多普勒雷达根据各点的风向计算实际风速，最后根据风向、风速信息绘出二维风场图像。

所述的基于多普勒雷达和风标传感器的二维风场测量方法，其特征在于包括如下步骤：

1.）风标传感器根据风场测量需要灵活布置。比如：可设置为多层环状结构，也可设置在多个关键点；

2.）每个风标传感器均有一个唯一的位置信息，风标传感器将检测的瞬时风向信息                                                

(其中,表示不同的风标传感器)和位置信息通过无线传输方式发送给多普勒雷达；

3.）多普勒雷达快速扫描其所测量范围内的径向风速信息

(其中

为不同风标点)，结合风向信息得到各测量点的风速

；

4.）根据测量得到的风速和风向绘出二维风场图像。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明的快速、实时的二维风场测量系统不需要进行大量的矩阵运算，而只需要做简单的除法就可以得到风场信息，解决了目前风场测量过程中测量时间长，且不准确的问题。能够快速、实时提供二维瞬时风场信息。

附图说明

图1是本发明基于多普勒雷达和风向传感器的二维风场测量装置在高速铁路系统中应用的典型布局图。i表示设置了风标传感器的点数，i的范围为1-N。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示，本发明基于多普勒雷达和风标传感器的快速、实时二维风场测量系统由多普勒雷达和多个风向传感器组成。风向传感器布局灵活，图1是在高速铁路系统中应用的典型布局图，传感器设置在雷达的四周，多圈布局，通过传感器测量得到风场关键点风向。为了提高测量准确性可以增加风向传感器设置密度。风向传感器与雷达之间通信方式灵活，根据安装现场选择不同通信方式，可选择电缆连接或无线传感网络连接方式，风标传感器测量风场的多点风向，各个风标传感器将风向信息发送给多普勒雷达。多普勒雷达快速扫描、测量二维风场的径向风速（多普勒雷达只能测量径向风速，不能直接获取风速值），多普勒雷达根据风标传感器反馈的各点风向值计算各点的瞬时风速，最后根据风向、瞬时风速信息反演、绘出二维风场图像。

所述的基于多普勒雷达和风标传感器的二维风场测量方法，其特征在于包括如下步骤：

1.）测量系统包括多普勒雷达和多个风标传感器，风标传感器设置在多个关键点，呈多层环状结构；

2.）每个风标传感器均有一个唯一的位置信息，风标传感器将检测的瞬时风向信息

(其中

,表示不同的风标传感器)和位置信息通过无线传输方式发送给多普勒雷达；

3.）多普勒雷达快速扫描其所测量范围内的径向风速信息

(其中

为不同风标点)，结合风向信息得到各测量点的风速；

4.）根据测量得到的风速和风向反演、绘出二维风场图像。

以上所述仅为本发明涉及的基于多普勒雷达和风标传感器的二维风场测量方法一个较佳实施方案，但本发明的实施范围并不局限于此例。

Claims (3)

1.一种基于多普勒雷达和风标传感器的二维风场测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤A，采用多普勒雷达快速扫描测量风场的径向风速；

步骤B，采用风标传感器实时测量风场的多点风向；

步骤C，各个风标传感器将步骤B中测量得到的多点风向信息通过无线网发送给多普勒雷达，多普勒雷达根据各点的风向计算实际风速；

步骤D，根据风向、风速信息绘出二维风场图像。

2.根据权利要求1所述的基于多普勒雷达和风标传感器的二维风场测量方法，其特征在于，步骤B所述的风标传感器设置为多层环状结构或者设置在多个关键点。

3.根据权利要求1所述的基于多普勒雷达和风标传感器的二维风场测量方法，其特征在于，步骤C中多普勒雷达根据各点的风向计算实际风速的方法具体为：

实际风速                                                ；其中

代表多普勒雷达快速扫描其所测量范围内的径向风速信息，

 为多普勒雷达快速扫描测量风场的径向风速与风标传感器的夹角， 

为风标传感器的点数，

，

为自然数。

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