多普勒测风激光雷达系统.pdf
1_55_m全光纤多普勒测风雷达系统与试验
第40卷第5期红外与激光工程2011年5月Vol.40No.5Infrared and Laser Engineering May20111.55μm全光纤多普勒测风雷达系统与试验冯力天1，郭弘其2，陈涌1，何幸锴1，伍波1，杨泽后1，周鼎富1(1.西南技术物理研究所，四川成都610041；2.驻中国兵器工业209研究所军代处，四川成都610041)摘要：为实现对大气风场三维信息快速、准确的测量，以人眼安全波长1.55μm窄线宽光纤激光器为光源，采用全光纤相干探测光路，研制出多普勒测风雷达系统。
该雷达整机结构紧凑、体积小、测量精度高，并在原VAD反演方法的基础上，采用了一种遗传算法与非线性最小二乘相结合的改进算法来实现对风场的反演，使其具有更高的数据失真修正能力，风场反演的速度、精度均得到较大提高。
试验结果表明，该雷达能实现5~200m高度范围内的风场测量。
并在试验基地与测风塔内，分别就55m 及100m高度处与超声波风速仪进行了试验比对，试验结果显示：该测风雷达的风速测量精度（均方差）达到0.3m/s，风向精度（均方差）≤3°。
关键词：全光纤；多普勒测风雷达；VAD；相干探测；窄线宽中图分类号：O439文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)05-0844-04Experiment of all fiber Doppler lidar at1.55μmFeng Litian1,Guo Hongqi2,Chen Yong1,He Xingkai1,Wu Bo1,Yang Zehou1,Zhou Dingfu1(1.Southwest Institute of Technology and Physics,Chengdu610041,China;2.The Deputy of China Force to209Institute of CNGC,Chengdu610041,China)Abstract:Doppler lidar has been developed to rapidly detect the3-D information of atmospheric wind with an eye-safe and accurate narrow-line-width fiber laser of 1.55μm and the all-fiber coherent detective principle was employed.The lidar was compact with high accuracy.Based on the VAD inversion method,using a genetic algorithm combined with the nonlinear least squares algorithm to achieve improved wind inversion,it had a higher data distortion correction capability,and the speed of wind accuracy was improved greatly.The result of experiment indicate the lidar can detect any height of wind from5to200m,and the lidar contrast with the tower at the height of55m and100m.The lidar has high precision of measurement,and the velocity of wind is0.3m/s,with the direction of wind less than3°.Key words:all-fiber;Doppler lidar;VAD;coherent detecting;narrow line width收稿日期：2010-08-27；修订日期：2010-09-26基金项目：人工影响天气监测装备研发基金(GYHY201006029)作者简介：冯力天(1982-)，男，硕士生，主要从事激光测风雷达方面的研究。
基于多普勒测风激光雷达的锁频系统与激光测速系统的设计与实现
ｏｎ
Ｄｏｐｐｌｅｒ ｗｉｎｄ Ｈｄａｒ
Ｊｉｈｏｎ９１，Ｙｕｅ Ｃｈｕａｎｌ，Ｃｈｅｎ Ｌｉｎｘｉａｎ９１
Ｘｕｅｗｕ２，Ｗａｎｇ
（１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｐａｃｅ Ｗｅａｔｈｅｒ，ＮａｆｉｏｎＭ Ｓｐａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｅｎｔｅｒ，ＣＡＳ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９０，Ｃｈｉｎａ
ＰＩＤ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｓｅｅｄ ｌａｓｅｒ ｌｏｃｋｅｄ ｉｎ ｉｏｄｉｎｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｌｉｎｅｓ，
ｏｎ
ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｌ １０９ ｌｉｎｅ ｏｆ ｈｉｇｈ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ
ｔｈｅ ｅｄｇｅ．Ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｗａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈｅｎ±０．５ ＭＨｚ
¨：—— ：１
ｚ
的方法来快速锁定激光频率。文中所述锁频方法就 是利用ＰＩＤ控制程序通过控制ＰＺＴ上的电压对激 光进行细调，最终达到锁频的目的，实验系统如图３ 所示。
ｊ Ｓ｛Ｊ¨ｊｊ（）
二７‘０
Ｒｅｌ。ＩＩｌ、ｃ
ｆｒｃｑ ＬＪｃｌｌｎ ＭＨ
图１不同温度下碘分子的光谱吸收线
在实际测风雷达系统中。应达到激光雷达具 有长时间运行的能力。为了保证所使用的碘分子 滤光器系统能达到长时间的稳定性，满足整体测 风雷达参数的要求，对碘分子滤光器系统进行了 长期稳定性测量，结果如图２所示。在实验中。选 用的碘指的温度为３２８ Ｋ，泡壁温度为３３３ Ｋ，整 个碘室温度设定为３２８ Ｋ。在碘泡温控稳定之后， 每隔１ ｈ扫一次碘泡的吸收谱线，共测试了四次。 由图２可以看出，不同时间下的四条吸收谱线完 全重合在一起，这说明所设计制作的碘分子滤光 器的温控系统的稳定性与精度都达到实验要求。 能够保证稳频的精度。
多普勒测风激光雷达数据采集系统培训课件
主要内容
• 多普勒测风激光雷达
– 分类 – 探测原理 – 用途
• 数据采集系统
– 系统结构 – FPGA及计数逻辑 – USB接口固件程序 – 控制和采集软件 – 电子学测试
2020/6/15
多普勒测风激光雷达分类
• 相干
– 利用光混频器 – 测量回波信号和发射信号之间的差频信号
FPGA结构
2020/6/15
计数模块逻辑
2020/6/15
USB接口芯片程序
EP2=EndPoint2 EP2为输入缓冲区 EP6=EndPoint6 EP6为输出缓冲区
2020/6/15
采集和控制程序
2020/6/15
电子学测试
2020/6/15
实物图片
2020/6/15
谢谢！
2020/6/15
• 非相干
– 边缘技术
• 利用窄带鉴频器或原子、分子滤波器 • 测量回波信号和发射信号之间的相对能量变化
– 条纹技术
• 利用FP标准具或Fizeau干涉仪 • 测量干涉形成的条纹移动距离
2020/6/ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5
条纹技术测风原理
2020/6/15
数据采集系统结构
2020/6/15
工作时序
+ + +
2020/6/15
多普勒激光雷达测风原理
多普勒激光雷达测风原理话说这多普勒激光雷达测风，可真是个新鲜玩意儿，咱今天就来聊聊这背后的原理，保管让你听得津津有味，跟听评书似的。
那天，我站在气象站的观测台上，手里把玩着这小巧的激光雷达，心里琢磨着：这玩意儿怎么就能测出风的速度呢？它不像咱小时候玩的风车，风一吹就呼呼转，这激光雷达可是个高科技产品，得靠点真本事。
咱先说说这多普勒效应，你开车的时候，听见过远处警车的警笛声，有时候感觉声音越来越尖，有时候又越来越低沉，对吧？这就是多普勒效应在作怪，声源和接收器之间有了相对运动，声音频率就变了。
激光雷达测风也是这个理儿，只不过它用的是激光，而不是声音。
这激光多普勒雷达，它发射的激光束被大气中的气溶胶粒子散射，就像咱们在阳光底下能看见灰尘在跳舞一样。
这些气溶胶粒子就像是小小的镜子，把激光反射回来。
可问题是，这些粒子可不是静止的，它们跟着风一起动，这样一来，反射回来的激光频率就变了，这就是多普勒频移。
就像咱们俩站在这儿说话，你一动，我耳朵里的声音就变了个调儿，这激光雷达也是，它一接收到这变了调的激光，就能算出风的速度来。
你说神奇不神奇？但这事儿还没完呢，激光多普勒雷达还得靠个叫做相干探测的技术。
啥是相干探测呢？咱得这么理解，你见过俩水波相遇吧？有时候它们会叠加在一起，形成更大的波，有时候又会相互抵消，啥也看不见。
这激光也是，两束激光相遇，也能产生干涉效应。
激光雷达里头，有一束激光是专门用来当“参照物”的，咱们叫它本振光。
这束光跟反射回来的激光一相遇，就在探测器上产生了干涉，就像俩水波相遇一样。
探测器上的信号一变，咱们就知道，风来了，风速多少，也都算得出来。
说起来，这激光雷达测风，还真得靠点运气。
大气条件得好，气溶胶粒子得够多，要不这激光反射不回来，咱就啥也测不出来。
我就碰见过一回，那天雾蒙蒙的，气象站的人说，这条件正好，激光雷达能测得更远。
嘿，还真别说，那天咱们测得那叫一个痛快，连十公里以外的风都测出来了。
多普勒测风激光雷达校准仪中电控系统的开发
摘
要： 以伺服 系统作 为核 心控制 单元开 发 了一 台多普 勒测风 激光 雷达 校 准仪 ， 到 一个 稳定 得
性强 、 准确性 高 的速 度 标 准 源 ， 而 实现 对 测 风 激 光 雷达 系统 的 自校 准 、 标 。校 准 仪 采 用 从 定
１１７ ３ ０ ２脉 冲 的高 分 辨 率 编 码 器 ， 以 直 径 为 ２ ０ ｍｌ 转 盘 ， 边 沿 最 大 速 度 偏 差 小 于 配 ０ ／ ｌ的 其 ０ ４ｍ ／ 。 ． ｍ ｓ 电制 系统具有启 动 、 止 、 停 试运 行 及速 度 显 示 等功 能 ， 用 Ｒ ４ ５通信 手 段 可实 现 利 Ｓ８ 上位机 对 系统进 行监 控及相 关数据 分析 的功能 。 关键 词 ： 测风 激光 雷达 ； 速度校 准 ； 电控 系统 中图分类号 ： Ｎ ５ ．８ Ｔ ９８９ 文献 标识码 ： Ａ
第 ４ 卷 第 １ １ 期
２ １ 年 １月 ０１
激 光 与 红 外
ＬＡＳ ＥＲ ＆ Ｉ ＮＦＲＡＲＥＤ
Ｖｏ． １ Ｎ ． 】４ 。 ｏ １
Ｊ ｎ ａｙ ２ ａ ｕ ｒ ，０１ １
文章编号： ０— ７ （０１Ｏ－ ８－ １ １ ０８ ２１）１ ０４ ５ ０ ５ ０ ０
・ 电技术 与 系统 ・ 光
多普 勒测 风 激光 雷 达校 准 仪 中 电控 系统 的开发
王 力 杨 洋 ， 法华。李 仁芮 冯 法军 ， 沈 ， ，
（． １ 承德石油高等专科学校 ， 河北 承德 ０ ７０ ２ 河北省仪器仪表工程技术研究中心， ６０ ０；． 河北 承德 ０ ７０ ６ ００； ３ 盐城师范学 院， ． 江苏 盐城 ２ ４０ ） ２０ ２
Ｗ ＡＮＧ ｉ ＹＡＮＧ ｎ ， ＨＥＮ Ｆ — ｕ 。 Ｌ ， Ｙａ ｇ Ｓ ａｈ ａ
多普勒测风激光雷达系统.pdf
49多普勒测风激光雷达系统1.研究背景大气风场信息是一项重要的资源，精确可靠的大气风场测量设备可提高风电可再生能源领域的利用率，改进气候气象学模型建立的准确性，增强飞行器运行的安全性，因此在风电、航空航天、气候气象、军事等领域都有着重要的意义。
风场信息测量的手段主要分为被动式和主动式两大类。
传统的被动式测量装置有风速计、风向标和探空仪，主动式测量装置有微波雷达、声雷达等。
风速计和风向标只能实现单点测量，借助测风塔后实现对应高度层的风场信息检测，这类传统装置易受冰冻天气影响，测风塔的搭建和维护也需要花费大量的人力物力，还存在移动困难和前期征地手续复杂等问题；微波雷达以电磁波作为探测介质，由于微波雷达常用波长主要为厘米波，与大气中的大尺寸粒子（如云、雨、冰等）相互作用产生回波，无法与大气中的分子或气溶胶颗粒产生作用，而晴空时大气中大尺寸粒子较少，因此微波雷达在晴空天气条件下将出现探测盲区。
另外，微波雷达还具备庞大的收发系统也导致其移动困难；声雷达与微波雷达测量原理相似，不同的是将探测介质由微波改为了声波。
声雷达的探测方式使得在夜间和高海拔地区易出现信噪比降低的情况甚至无法测量。
因此，迫切需要补充新型的风场测量手段替代传统测风装置实现大气风场信息的测量。
2. 测风激光雷达系统2015年，南京牧镭激光科技有限公司成功研制出国产化测风激光雷达产品Molas B300，该产品基于多普勒原理可实现40～300 m 风场信息测■ 黄晨，朱海龙，周军 南京牧镭激光科技有限公司第一作者 黄晨量，风速测量精度可达0.1 m/s ，风向测量精度可达1°，数据更新率为1 Hz ，风速测量范围可达0～60 m/s 。
测风激光雷达定位为外场应用装备，对环境适应性有较高要求，Molas B300可在外界温度范围为-40℃～50℃，相对湿度为0%～100%的环境条件下正常工作。
除此以外，Molas B300体积小质量轻（约50 kg ）方便运输安装便捷，可显著降低项目前期施工时间。
WindCube Scan 扫描式多普勒测风激光雷达说明书
实现可靠的天气观测，共创可持续未来准确的天气预报、气候建模及其他大气研究依赖于可靠的大气参数 （如风、湍流、云和气溶胶）监测能力。
这些参数直接或间接影响人类生活的方方面面。
例如：下一代高分辨率天气预报模型需要高水平的空间和时间连续性。
覆盖全球的卫星观测须与可提供高垂直空间分辨率和时间分辨率的地面观测设备实现网络互联。
WindCube ® Scan 系列风和气溶胶激光雷达可执行全天候实时测量并进行高级数据处理。
作为一种多功能工具，可准确获取风和气溶胶后向散射测量结果，并在多种扫描模式下达到超过10公里的测量距离。
该工具采用成熟的大气结构检测算法，可对对流层中的云层和气溶胶层进行检测、定位和分类，以及对大气边界层 (ABL) 高度进行监测。
针对无法通过常规地面设备或卫星观测覆盖的大气第一垂直分层，利用 WindCube Scan 可以实现有效监测，且准确性较高。
利用测风激光雷达推进天气和气候方面的中尺度和微尺度研究，有助于科学家和气象学家开发更准确的预报模型。
WindCube Scan 扫描激光雷达探索版3D 扫描式多普勒测风激光雷达，用于精确实时风和气溶胶后向散射测量产品亮点优点改善短期天气预报WindCube Scan 可连续观测对流层下层，满足了针对局部超精细测量的需求。
增强气候建模WindCube Scan 为气候模型和数据库提供连续的大气边界层高度和大气光学特性廓线分析数据，帮助生成不断改进的气候模型。
行业多方面支持WindCube Scan 以数十年经验、科学工具、专业知识以及支持服务，使客户能够在设备的整个生命周期内充分发挥作用。
/wind-lidars扫描代码获取更多信息参考编号 B212058ZH-C ©Vaisala 2022本资料受到版权保护，所有版权为 Vaisala 及其各个合作伙伴所有。
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测风激光雷达中F_P标准具频率跟踪方案及实现
第40卷 第1期 激光与红外Vol.40,No.1 2010年1月 LASER & I N FRARE D January,2010 文章编号:100125078(2010)0120083204・光电技术与系统・测风激光雷达中F-P标准具频率跟踪方案及实现蒋立辉1,闫 朴1,孙东松2,唐 磊2,董晶晶2,沈法华3,冯 帅1(1.中国民航大学电子信息工程学院,天津300300;2.中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031;3.盐城师范学院物理系,江苏盐城224002)摘 要:在直接探测测风激光雷达中,多普勒频移由高分辨率的Fabry2Per ot标准具检测得到。
指出了激光频率与标准具腔长随环境温度的变化导致测量误差增大的问题,提出了频率跟踪的解决方案。
使用散射光纤对激光脉宽进行扩展,在双通道标准具的基础上增加专用于频率跟踪的通道,使用光电倍增管检测光强,设计制作了基于采样的频率跟踪电路。
仿真实验表明,该方案能够实现标准具腔长与激光发射频率的动态跟踪。
关键词:激光雷达;Fabry2Per ot标准具;频率跟踪;光电倍增管中图分类号:T N958.98 文献标识码:Atracki n g soluti on and achi eve ment for Fabry2Perotet alon i n wi n d li darJ I A NG L i2hui1,Y AN Pu1,S UN Dong2s ong2,T ANG Lei2,DONG J ing2jing2,SHE N Fa2hua3,FE NG Shuai1(1.Electr onic I nfor mati on Engineering College,Civil Aviati on University of China,Tianjin300300,China;2.Anhui I nstitute of Op tics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Hefei230031,China;3.Depart m ent of Physics,Yancheng Teachers College,Yancheng224002,China)Abstract:A Fabry2Per ot etal on with high s pectral res oluti on is used as the frequency discri m inat or in the direct detec2ti on wind lidar.The laser frequency and the s pacing of cavity drift as the te mperature changes,which will cause the in2creasing of err or.A frequency tracking s oluti on is p r oposed.A backscatter fiber is used t o expand the width of laserpulse.A l ocking filter is added t o dual F-P etal on.Phot o M ulti p lier Tube(P MT)is used t o detect the intensity oflight and a frequency tracking circuitry is designed.The results of si m ulati on experi m ent indicated that,the s pacing ofcavity is able t o l ock t o the laser by this method.Key words:lidar;Fabry2Per ot etal on;frequency tracking;phot o multi p lier tube1 引 言多普勒测风激光雷达属于主动测量系统,它向大气发射激光脉冲并测量不同高度上返回信号的多普勒频移,根据频移量的大小计算风速。
多普勒测风激光雷达数据采集系统
主要内容
• 多普勒测风激光雷达
– 分类 – 探测原理 – 用途
• 数据采集系统
– 系统结构 – FPGA及计数逻辑 – USB接口固件程序 – 控制和采集软件 – 电子学测试
2020/12/25
多普勒测风激光雷达分类
• 相干
– 利用光混频器 – 测量回波信号和发射信号之间的差频信号
• 非相干
– 边缘技术
• 利用窄带鉴频器或原子、分子滤波器 • 测量回波信号和发射信号之间的相对能量变化
– 条纹技术
• 利用FP标准具或Fizeau干涉仪 • 测量干涉形成的条纹移动距离
2020/12/25
条纹技术测风原理
2020/12/25
多普勒测风激光雷达用途
• 航空 • 运输 • 航天 • 气象 • 军事
采集和控制程序
2020/12/25
电子学测试
2020/12/25
实物图片
2020/12/25
谢谢！
20采集系统结构
2020/12/25
工作时序
+ + +
2020/12/25
FPGA结构
2020/12/25
计数模块逻辑
2020/12/25
USB接口芯片程序
EP2=EndPoint2 EP2为输入缓冲区 EP6=EndPoint6 EP6为输出缓冲区
2020/12/25
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49
多普勒测风激光雷达系统
1.研究背景
大气风场信息是一项重要的资源，精确可靠的大气风场测量设备可提高风电可再生能源领域的利用率，改进气候气象学模型建立的准
确性，增强飞行器运行的安全性，因此在风电、航空航
天、气候气象、军事等领域都有着重要的意义。
风场信息测量的手段主要分为被动式和主动式两大类。
传统的被动式测量装置有风速计、风向标和探空仪，主动式测量装置有微波雷达、声雷达等。
风速计和风向标只能实现单点测量，借助测风塔后实现对应高度层的风场信息检测，这类传统装置易受冰冻天气影响，测风塔的搭建和维护也需要花费大量的人力物力，还存在移动困难和前期征地手续复杂等问题；微波雷达以电磁波作为探测介质，由于微波雷达常用波长主要为厘米波，与大气中的大尺寸粒子（如云、雨、冰等）相互作用产生回波，无法与大气中的分子或气溶胶颗粒产生作用，而晴空时大气中大尺寸粒子较少，因此微波雷达在晴空天气条件下将出现探测盲区。
另外，微波雷达还具备庞大的收发系统也导致其移动困难；声雷达与微波雷达测量原理相似，不同的是将探测介质由微波改为了声波。
声雷达的探测方式使得在夜间和高海拔地区易出现信噪比降低的情况甚至无法测量。
因此，迫切需要补充新型的风场测量手段替代传统测风装置实现大气风场信息的测量。
2. 测风激光雷达系统
2015年，南京牧镭激光科技有限公司成功研制出国产化测风激光雷达产品Molas B300，该产品基于多普勒原理可实现40～300 m 风场信息测
■ 黄晨，朱海龙，周军 南京牧镭激光科技有限公司
第一作者 黄晨
量，风速测量精度可达0.1 m/s ，风向测量精度可达1°，数据更新率为1 Hz ，风速测量范围可达0～60 m/s 。
测风激光雷达定位为外场应用装备，对环境适应性有较高要求，Molas B300可在外界温度范围为-40℃～50℃，相对湿度为0%～100%的环境条件下正常工作。
除此以外，Molas B300体积小质量轻（约50 kg ）方便运输安装便捷，可显著降低项目前期施工时间。
测风激光雷达采用激光作为探测介质，可与空气中微小颗粒发生相互作用，具有时空分辨率高、自动化程度高、安装简单易维护、移动便携性好等优势，可有效提高项目实施效率，
因此成为了最具前景的风场信息测量手段。
表1 各类风场探测技术的优缺点
探测技术优势
劣势风速计、风向标较高的水平分辨率，
成本低单点测量微波雷达三维风场探测，测量距离
可达100 km
晴空条件下不能使用，体积庞大声雷达三维风场探测探测距离较近，易受大气环境影响
测风激光雷达
三维风场探测，晴空下仍
能测量，移动便携性好
图1 测风激光雷达Molas B300
50
图1和图2分别为测风激光雷达的实物图和
原理框图，其基本原理为：光纤激光器产生的信
号光通过光学天线和扫描机构发射到待测空气中，
脉冲激光与大气中的气溶胶颗粒相互作用产生携
带其速度信息的后向散射信号。
由多普勒原理可
知，回波信号的多普勒频移fd与气溶胶颗粒运动
速度（即风速）成正比，因此光学天线接受到的
后向散射信号通过和系统内光纤激光器产生的本
振光拍频进行数字解调即可进行算法处理得到待
测目标的风场信息。
提取多普勒频移即可计算出当前方位的视向风速，
从而根据风速反演算法推出该点风速风向等信息。
Molas B300可同时提供40～300 m内用户自定
义12个高度层的风速风向信息，图4（a）为实测
风廓线图，可通过风廓线直观观测到不同高度层风
速的变化。
图4（b）为Molas B300客户端软件界
面，该界面可实时显示实测风廓线、风向廓线以及
雷达工作状态、位置信息、方向信息等基本情况，
用户登录客户端还可实现测风激光雷达远程控制，
实时下载数据等功能。
3.测风激光雷达在风电场的应用
在风电可再生能源领域，测风激光雷达可用于
风电场前期微观选址、风功率曲线测试、风电场后
评估等需要精确风场信息的阶段。
1)前期选址
目前，风电行业普遍采用的测风设备是风杯风
速计。
在风电场前期选址的过程中，通常通过树立
测风塔来获取观测数据以评估该区域的风能储量，
但随着风电项目开发的迅速推进，越来越多项目开
始向地形复杂地区延伸，这种情况下使用测风塔导
致的问题则愈加凸显。
首先，复杂地形区域测风塔
材料的运输更加困难；其次，搭建测风塔对施工地
点要求较高。
而测风激光雷达自动化程度高，移动
便携性好，设备安装快速简单，可显著降低项目施
工实施时间，有效提高项目实施效率。
2)风功率曲线测试
风电场广泛使用的测风塔多为80 m，传统通
过测风塔实现风功率曲线测试需要经过外推法计算
轮毂高度处的风速，而功率曲线的评估对风速精度
的要求很高，0.1 m/s的风速误差都将给风电场带
来巨大的损失。
而测风激光雷达可直接测量40 m
至300 m处的风速，从原理上来说，测风激光雷
达为主动式遥感探测技术，风速由激光直接测量获
得，应具有更高的准确度。
2017年3月，IEC出台的新标准——IEC
61400-12-1:2017已接纳测风激光雷达作为风场信
息测量装置为风电场进行风功率曲线测试和风资源图2 测风激光雷达原理图
（a）（b）
图3（a）测试现场图；（b）回波信号频谱图
（a）（b）
图4 （a）实测风廓线；（b）Molas B300
软件控制界面
图3（a）为某地实际测试现场图，Molas
B300为风电场提供前期微观选址服务，观测数据
用于评估该区域风资源储量，为风电场设计提供数
据支撑。
图3（b）为实际测试时获取第七方位角
的回波信号频谱图，峰值处即为发射信号与气溶胶
颗粒相互作用产生携带风速信息的回波信号，通过
51
评估，并为激光雷达的应用提供具有指导意义的技术基础。
因此测风激光雷达代替传统测风塔进行风电场功率曲线预测具有直接的经济效益。
3)风电场后评估
风电场后评估主要用于评估项目建成后是否达到设计发电能力，通常需要补测大量风场数据，有时补测数据的地方前期并没有树立测风塔，若重新树立测风塔将耗费大量时间，而采用测风激光雷达可快速便捷安装设备实现风场数据的测量。
4.测风激光雷达的其他应用1) 航空航天领域
在航空航天领域，低空风场中的风切变是飞机失事的主要原因，精确掌握飞机下滑道的风场信息可避免飞机起降时风切变引发的事故，加强航空飞行的安全性，提高机场吞吐量。
测风激光雷达配备三维扫描头可实现下滑道扫描，实时监测下滑道风场信息的变化，实现风切变预警。
美国Lockhead-Martin 公司从2002年进入该领域，已经在香港、东京、大阪、伦敦、纽约、旧金山、拉斯维加斯、法兰克福、柏林等地机场安装了测风激光雷达设备以提高航空安全，国内暂时没有机场安装测风激光雷达，潜在市场容量巨大。
2) 气候气象学
在气候气象学领域，风场信息探测设备主要有探空仪、风廓线雷达、声波雷达等。
由于各类仪器均存在一定弊端，测风激光雷达可作为补充测试设备用于长期业务化的风场数据观测，保证数据的完整性。
除此以外，由于测风激光雷达具备较高的时空分辨率，还可用于优化气候气象学模型。
3) 军事安全
在军事安全领域，炮弹发射阵地的风场对射击精度有重要影响，风场测量数据可用于弹道修正。
在航空母舰和其它的舰船上，机群的安全起降也依赖于周围大气风场的精确测量。
在卫星、
导弹发射时，实时的风场数据不仅是成功发射的安全保障，也是提高发射成功率和导弹命中率的重要因素。
可以预见，军事领域也将成为测风激光雷达巨大的应用市场。
5.产业化情况
当前，国内还鲜有从事激光雷达商业化开发的公司，国外公司的产品在国内市场上处于早期推广阶段，售价较高，而且测风激光雷达属于资源探测系统，采用国外产品在军用场合或其他敏感场合存在泄漏国家安全大数据的隐患。
牧镭激光自主研制的测风激光雷达产品Molas B300已在全国30余处实现累计长达4万小时的外场观测测试，并于2016年底委托风电行业第三方检测机构——德国WindGuard 股份有限公司进行认证测试，雷达测量数据与国际IEC 标准一类风杯风速计所测数据相关性都高达0.99以上。
Molas B300具有全面的自主知识产权，可提高国家激光雷达行业的整体技术水平和国际竞争力，还可满足国防、科研等领域用户的需求，提升整体的研究和应用水平，推动产业的升级换代。
6.总结
随着激光与光电子技术、信号处理技术的发展，测风激光雷达必将成为风场探测相关领域技术革命
的推动者，为风场测量提供更完美的解决方案。