[发明专利]一种3D测风激光雷达尾流优化系统

说明书

本发明涉及风场激光雷达领域，且公开了一种3D测风激光雷达尾流优化系统，其包括风场风机系统、激光雷达系统、数据转换系统以及数据显示系统：风场风机系统包括位于风场中的多台风机，每台风机均可独立工作；激光雷达系统包括位于风场中的多个激光雷达，激光雷达的数量与风机的数量相对应，其利用多普勒效应实现对大气中风场的探测，多普勒效应是波的频率和观察者的波源相对运动之间的关系，设多普勒频移为Δf，其和激光雷达探测的速度v之间的关系为其中，λ为激光的波长，v为径向速度。本发明每个风机与位置传感器相对应，当有风经过，位置传感器获取每台风机的位置，通过数据转换系统将位置信号转为数值信号，然后把哪家风机有相互影响在显示屏上显示出来，反馈给用户，便于后期风场的优化。

技术领域

本发明属于风场激光雷达领域，具体为一种3D测风激光雷达尾流优化系统。

背景技术

激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是向目标发射探测信号,然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。

其应用在风场中可以精确测量水平风速、垂直风速、温度、风向、风切变和湍流强度等，但是以前的风场中每台风机被测风后都是单独的显示，当大风来了，无法准备知道谁与谁互相影响。

发明内容

要解决的技术问题：风场中每台风机被测风后都是单独的显示，当大风来了，无法准备知道谁与谁互相影响。

技术方案：本发明提供了一种3D测风激光雷达尾流优化系统，包括风场风机系统、激光雷达系统、数据转换系统以及数据显示系统：风场风机系统包括位于风场中的多台风机，每台风机均可独立工作；激光雷达系统包括位于风场中的多个激光雷达，激光雷达的数量与风机的数量相对应，其利用多普勒效应实现对大气中风场的探测，多普勒效应是波的频率和观察者的波源相对运动之间的关系，设多普勒频移为Δf，其和激光雷达探测的速度v之间的关系为其中，λ为激光的波长，v为径向速度；数据转换系统包括多个位置传感器，其数量与风机相对应，每个位置传感器均安装在对应的风机上，其用于将风机位置信息传输到显示系统；显示系统包括安装在观察室中的显示屏，其用于显示位置传感器传来的风机位置信息。

进一步地，每个激光雷达的扫描速率均为1°/s，探测周期为30s。

进一步地，每个激光雷达均包括发射单元、接收单元、控制单元和信号处理单元，其中，发射单元包括种子激光器，其用于发射脉冲激光束；接收单元包括环形器和EDFA放大器，其用于接收大气中气溶胶的回波信号；控制单元包括起供电作用的供电系统、起中枢控制作用的中央控制及处理系统和用于放大大气中气溶胶回波信号的放大器；信号处理单元包括信息采集及处理系统，其用于处理气溶胶回波信号。

进一步地，位置传感器用于检测并输出位置信号，所述位置传感器的输出端电性连接有用于将所述位置信号转化为位置值的PLC控制器，所述显示屏与所述PLC控制器电性连接用于显示所述位置值。

进一步地，激光雷达测得的风场数据需经过数据处理，数据处理包括数据清洗和数据融合。

进一步地，数据清洗包括重复数据的筛选，其是对两条或多条相同的数据进行筛选，重复的风场探测数据虽然时间和俯仰角不同，但其风场数据值都相同，因此采用多趟领近算法对重复数据筛选并进行合并；还包括噪音数据的删除，其采用阈值筛选方法将不在探测范围内的数据进行筛选并删除；还包括空值数据的删除，其是由于雷达探测受到障碍物等原因产生的空值数据，无法通过数据补全等放大对数据处理处理，所以采用删除整个探测周期的数据，其方法主要采用定位空值数据所在的行，根据其所在行数据的俯仰角，对数据进行删除，最终得到清洗完的数据。