风在当今科技飞速发展进步的时代，已不仅仅作为自然现象而存在，作为清洁的可再生能源，风能越来越受到世界的重视。当前的超声波风速风向传感器趋向于小型化，如风电机组，要求风速测量装置体积小、能耗低、能够准确稳定地测量风能信息，因此，一套稳定、可靠的风速检测系统对于风能的高效利用至关重要。本文提出一种超声波二维风速风向测量方法和测量系统的设计方案，该方案以时差风速测量方法为基础，从时差测量方法及超声波传感器配置方法两方面进行了研究，得到了准确、低成本的测量时差信号的方法，即基于超声波传感器的相位差风速风向测量方法。通过对比实验，本文从超声波传感器的交叉、反射、三角配置形式中选出了最优配置方案，在此基础上建立了相位差与风速、风向关系的数学模型。本系统通过数字电路测量同等声程下超声波脉冲顺风和逆风传播相位差，此相位差等同于顺风和逆风传播时间差，并将该相位差通过数字模拟混合电路转换为直流电压信号，再由单片机进行数据处理，经软件分析后获得风速风向信息。风速风向测量系统硬件设计包括：电源电路、传感器信号调理电路、单片机系统、红外接收电路、显示电路、串口通信电路等电路设计。软件设计主要工作有：信号分析与处理、信号输出、红外解码、信息存储等功能。本文对风速风向测量算法进行了详细分析，最终得到风速风向合成可能存在的问题的具体解决方案，配合所采用的时间差测量方法，超声波二维风速风向测量系统能够风速的高稳定高精度测量，同时具有体积小，重量轻等特点。