相干激光雷达数据处理优化及应用研究
发布时间：2021-08-30 09:36
相干多普勒激光雷达优势在于高的时空分辨率、较快的响应速度以及能够适应雨、沙尘等恶劣天气。作为近些年来测量风场的新手段,应用广泛,风力发电行业对测风雷达的需求更为迫切。本文使用相干多普勒测风雷达探测风场,优化了雷达数据处理方式;将相干激光雷达应用于干旱地区、连续降水天气的复杂环境下进行探测,并且针对雾霾过程进行了初步研究。主要内容结论如下:（1）利用快速傅立叶变化和重心法完成了激光雷达视线风速提取算法、水平风场的反演。开展数次观测测试并对较多测风雷达数据统计分析,提出了激光雷达数据预处理办法,有效地解决了背景噪声受到大气干扰的问题。（2）针对快速傅立叶变化数据反演的低信噪比（SNR）条件下的短板,提出了单元比值恒虚警检测方法,给出了数据处理流程,完成实验验证。利用2016年5月的试验数据进行分析,并且同商用雷达进行对比验证。利用戈壁地区SNR低的自然条件进行实验,验证了雷达处理方法优化的可行性。实验结果表明:高SNR下数据处理方法改进前后频谱分析结果一致性较高;使用单元比值恒虚警检测方法的视线风速在低SNR下较符合大气规律;实验期间水平风速的相关性达0.9966,较之前提高了 11.49...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１飞行中偶遇风切变展示图??作为新兴能源之一的风能，不仅能够提供能源供给、优化能源结构，还能??
出较为突出的影响［２］。在大气边界层以下的风环境中，每天风场连续变化且规??律性较强，垂直方向上的变化规律较为明显［３］。??机场中，飞机安全地起飞和着陆考虑的重要因素就是低空风切变。图１．１??是飞行中偶遇风切变展示图。正常情况，机体会顺着已经设定好的路线升空或??者降落，倘若遭受竖直方向风切变，机体很可能偏离路线，无法控制。因此机??场的风场监测就显得尤Ｐ重要，很多国外机场以及香港机场己经使用激光雷达??进行风切变、大气湍流等的监测［４’５］。??議??Ｚ?Ｇ＼ｉｄｅ??图１．１飞行中偶遇风切变展示图??作为新兴能源之一的风能，不仅能够提供能源供给、优化能源结构，还能??保护生态环境，发展低碳经济［６］。风能应用的重要领域是在风力发电。风电场??中风资源评估时往往选用风塔数据，但是其缺点就是造价高、且维护耗费大量??１??
多普勒频移的来源为出射光同运动着的探测靶目标有着相对运动，从而回??波信号就会带有多普勒频移信息，探测这种回波信号进行解析、计算，就能够??求出视线风速信息，如图２．１所示［５（）］。出射光的频率可以用ｈ表示，ｒ可以表??示探测靶目标的运动速率，探测靶目标的运动方向可以表示为同出射光路的夹??角＜，探测靶目标的地方接收信号频率信息可以用％表示，计算公式如下：??Ｖ＾ｏｓＡ?（２．１）??ｐ?ｘ?ｉ??同理相干测风雷达系统的接收回波信号的一端接收到的回波信号频率可以??表示成Ｋ，计算公式如下??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]1.55μm全光纤相干多普勒激光测风雷达[J]. 胡杨,朱鹤元. 红外与激光工程. 2016(S1)
[2]激光多普勒测速雷达技术研究现状[J]. 白蕊霞,王斌永,童鹏. 激光与红外. 2016(03)
[3]全光纤相干多普勒激光雷达非线性最小二乘风速反演方法及实验研究[J]. 刁伟峰,刘继桥,竹孝鹏,刘源,张鑫,陈卫标. 中国激光. 2015(09)
[4]All fiber pulsed coherent lidar development for wind profiles measurements in boundary layers[J]. 刁伟峰,张鑫,刘继桥,竹孝鹏,刘源,毕徳仓,陈卫标. Chinese Optics Letters. 2014(07)
[5]相干多普勒测风激光雷达研究[J]. 竹孝鹏,刘继桥,刁伟峰,毕德仓,周军,陈卫标. 红外. 2012(02)
[6]Development of all-solid coherent Doppler wind lidar[J]. 竹孝鹏,刘继桥,毕德仓,周军,刁伟峰,陈卫标. Chinese Optics Letters. 2012(01)
[7]中国风能发展战略研究[J]. 贺德馨. 中国工程科学. 2011(06)
[8]风廓线雷达的发展与现状[J]. 胡明宝,李妙英. 气象科学. 2010(05)
[9]多普勒激光雷达风场反演方法研究[J]. 王改利,刘黎平,邱崇践,刘智深,吕博,牟容. 大气科学. 2010(01)
[10]相干多普勒测风激光雷达[J]. 张芳沛,薛海中,胡永钊,沈严,邢宇华,李冬梅,张文平,韩文杰,窦飞飞. 应用光学. 2009(06)
硕士论文
[1]激光云高仪数据质量控制及其应用研究[D]. 袁静.南京信息工程大学 2015
本文编号：3372535
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１飞行中偶遇风切变展示图??作为新兴能源之一的风能，不仅能够提供能源供给、优化能源结构，还能??
出较为突出的影响［２］。在大气边界层以下的风环境中，每天风场连续变化且规??律性较强，垂直方向上的变化规律较为明显［３］。??机场中，飞机安全地起飞和着陆考虑的重要因素就是低空风切变。图１．１??是飞行中偶遇风切变展示图。正常情况，机体会顺着已经设定好的路线升空或??者降落，倘若遭受竖直方向风切变，机体很可能偏离路线，无法控制。因此机??场的风场监测就显得尤Ｐ重要，很多国外机场以及香港机场己经使用激光雷达??进行风切变、大气湍流等的监测［４’５］。??議??Ｚ?Ｇ＼ｉｄｅ??图１．１飞行中偶遇风切变展示图??作为新兴能源之一的风能，不仅能够提供能源供给、优化能源结构，还能??保护生态环境，发展低碳经济［６］。风能应用的重要领域是在风力发电。风电场??中风资源评估时往往选用风塔数据，但是其缺点就是造价高、且维护耗费大量??１??
多普勒频移的来源为出射光同运动着的探测靶目标有着相对运动，从而回??波信号就会带有多普勒频移信息，探测这种回波信号进行解析、计算，就能够??求出视线风速信息，如图２．１所示［５（）］。出射光的频率可以用ｈ表示，ｒ可以表??示探测靶目标的运动速率，探测靶目标的运动方向可以表示为同出射光路的夹??角＜，探测靶目标的地方接收信号频率信息可以用％表示，计算公式如下：??Ｖ＾ｏｓＡ?（２．１）??ｐ?ｘ?ｉ??同理相干测风雷达系统的接收回波信号的一端接收到的回波信号频率可以??表示成Ｋ，计算公式如下??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]1.55μm全光纤相干多普勒激光测风雷达[J]. 胡杨,朱鹤元. 红外与激光工程. 2016(S1)
[2]激光多普勒测速雷达技术研究现状[J]. 白蕊霞,王斌永,童鹏. 激光与红外. 2016(03)
[3]全光纤相干多普勒激光雷达非线性最小二乘风速反演方法及实验研究[J]. 刁伟峰,刘继桥,竹孝鹏,刘源,张鑫,陈卫标. 中国激光. 2015(09)
[4]All fiber pulsed coherent lidar development for wind profiles measurements in boundary layers[J]. 刁伟峰,张鑫,刘继桥,竹孝鹏,刘源,毕徳仓,陈卫标. Chinese Optics Letters. 2014(07)
[5]相干多普勒测风激光雷达研究[J]. 竹孝鹏,刘继桥,刁伟峰,毕德仓,周军,陈卫标. 红外. 2012(02)
[6]Development of all-solid coherent Doppler wind lidar[J]. 竹孝鹏,刘继桥,毕德仓,周军,刁伟峰,陈卫标. Chinese Optics Letters. 2012(01)
[7]中国风能发展战略研究[J]. 贺德馨. 中国工程科学. 2011(06)
[8]风廓线雷达的发展与现状[J]. 胡明宝,李妙英. 气象科学. 2010(05)
[9]多普勒激光雷达风场反演方法研究[J]. 王改利,刘黎平,邱崇践,刘智深,吕博,牟容. 大气科学. 2010(01)
[10]相干多普勒测风激光雷达[J]. 张芳沛,薛海中,胡永钊,沈严,邢宇华,李冬梅,张文平,韩文杰,窦飞飞. 应用光学. 2009(06)
硕士论文
[1]激光云高仪数据质量控制及其应用研究[D]. 袁静.南京信息工程大学 2015
本文编号：3372535
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qxxlw/3372535.html
