风速风向是船舶导航非常重要的一个因素，船舶在航行过程中，需要参考气象传真图来确定经济安全的航线，要随时知道相对于船的风速风向，以便采取最佳的航向，纠正风流压差的影响[1]。
在测量风速风向的方法中，传统的机械式测风方法，由于历史悠久、使用普遍、有完善的理论基础和测量数据，是大多数人所熟悉的测量方法。而利用超声波来测风由于有反应速度快、测量精度高、分辩率高、使用不需校正等优点，目前已成为一种十分重要的测量方法。
采用超声波探测器作为风速风向检测传感器时，风向的测量需要检测的信号多，而且超声波传播速度易受空气温度的影响，要使检测结果更准确，在此采用相互垂直放置的两对超声波探头来进行测量。采用此法测量将消除温度的影响，但要求有较快的测量速度和计算精度，此设计采用FPGA作为信号处理平台，编写自定义IP核处理信号，以通过硬件加速来加快检测速度和提高计算精度。提出基于SOPC技术的信号处理算法以及提出超声波风向算法是本设计的主要创新点。
1、 超声波水平风向、风速的测量原理
1.1 超声波测量风速基本原理
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超声波在空气中传播时，顺风与逆风方向传播存在一个速度差，当传播固定的距离时，此速度差反映成一个时间差，这个时间差与待测风速具有线性关系[2]。
对于特定风向传播(如东西方向或南北方向)，可选用一对收发一体的超声波探头，保证两探头距离不变，按东西或南北方向放置，以固定频率顺序发射超声波，测量两个方向上超声波到达时间，由此得到顺风的传播速度和逆风的传播速度，经过系统处理换算即可得到风速值。
设南北(或东西) 两超声收发器的距离为d，顺风传输时间为t12，逆风传输时间为t21，风速为VW，超声波传播速度为VS ，可得：
该法能够准确地测量到风速甚至超声波的速度，能测单一方向上的风速、风向，在实际测量中，超声波探头安装固定后，无法测量任意方向的风速、风向信息，因此风速、风向的测量就需要进行适时的调整。 1 .2 超声波二维风速、风向测量原理
在实际中，风不会只沿着一个方向，特别是在空旷地方如气象站、海上等，风速、风向是随机变化的，为了能够准确测量，采取相互垂直放置的两对收发一体的超声波探头，保证探头距离不变，以固定频率发射超声波并测量两对顺、逆传播时间（t12、t21，t34 、t43），如图2所示，通过相关计算，可得到风速、风向数值。此类超声测风探头所测得的风为平均的水平风，在极坐标上表示出风速和风向，具体如图3所示。
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