自制直接探测多普勒测风激光雷达的总体结构和技术参数介绍

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自制低成本3D激光扫描测距仪(3D激光雷达)

来自CSK的低成本3D scanner。

Very Impressive！在开始介绍原理前，先给出一些扫描得到的3D模型以及演示视频，给大家一个直观的认识。

视频链接相关的图片：扫描得到的房间一角(点击查看原始尺寸)扫描的我(点击查看原始尺寸)扫描仪实物本文结构1. 简单介绍了激光雷达产品的现状2. 激光三角测距原理3. 线状激光进行截面测距原理4. 3D激光扫描仪的制作考虑5. 参考文献简介-激光扫描仪/雷达这里所说的激光扫描测距仪的实质就是3D激光雷达。

如上面视频中展现的那样，扫描仪可以获取各转角情况下目标物体扫描截面到扫描仪的距离，由于这类数据在可视化后看起来像是由很多小点组成的云团，因此常被称之为：点云(Point Clould)。

在获得扫描的点云后，可以在计算机中重现扫描物体/场景的三维信息。

这类设备往往用于如下几个方面：1) 机器人定位导航目前机器人的SLAM算法中最理想的设备仍旧是激光雷达(虽然目前可以使用kinect，但他无法再室外使用且精度相对较低)。

机器人通过激光扫描得到的所处环境的2D/3D点云，从而可以进行诸如SLAM 等定位算法。

确定自身在环境当中的位置以及同时创建出所处环境的地图。

这也是我制作他的主要目的之一。

2) 零部件和物体的3D模型重建3) 地图测绘现状目前市面上单点的激光测距仪已经比较常见，并且价格也相对低廉。

但是它只能测量目标上特定点的距离。

当然，如果将这类测距仪安装在一个旋转平台上，旋转扫描一周，就变成了2D激光雷达（LIDAR）。

相比激光测距仪，市面上激光雷达产品的价格就要高许多：图片: Hokuyo 2D激光雷达上图为Hokuyo这家公司生产的2D激光雷达产品，这类产品的售价都是上万元的水平。

其昂贵的原因之一在于他们往往采用了高速的光学振镜进行大角度范围(180-270)的激光扫描，并且测距使用了计算发射/反射激光束相位差的手段进行。

当然他们的性能也是很强的，一般扫描的频率都在10Hz以上，精度也在几个毫米的级别。

基于Fabry-Perot标准具的多普勒测风激光雷达

ＺＯＧＺｉｉｇＳＮＤｎ－ｎ，ＮａｇｘｎＸＡＨｉｙｎＤＮＧＪｇｊｇＨＮｈ－ｎ，ＵｏｇｓｇＷＡＧＢｎ－ｉ，Ｉａ－，Ｏｉ－ｎ，ｑｏｕｎｉ
ＺＨＯＵａｌ．Ｘｉｏ－ｎＺＨＯＵｕｎｉＪ
测了对流层三维风场分布。绍了多普勒测风激光雷达的总体结构和技术参数，为详细地叙述了各介较
部分的结构及其功能，并给出了合肥地区对流层径向风速的初步探测结果。结果表明。该激光雷达系
统性能稳定，晚的探测高度可以达到９ｋ夜ｍ。
维普资讯
第３５卷第６期
Ｖ０．５Ｎｏ６１．３
红外与激光工程
ＩｆａｅｎｓｒｇｎｅｉｇｎｒｒｄａｄＬａｅｉｅｒｎＥｎ
２００６年ｌ２月
Ｄｅ．Ｏ６ｃ２Ｏ
基于ＦｂｙＰｒｔ准具的多普勒测风激光雷达ａｒ－ｅｏ标
关键词：激光；雷达；风；多普勒；ＦｂｙＰｒｔ准具ａｒ－ｅ标ｏ
中闺分类号：Ｎ９８２Ｔ５．文献标识码：Ａ文章编号：０７２７（０６０ — ６７０１０ — ２６２０）６０８ — ４
Ｄｏｐｅｎｄｒｂｓｄｏａｒ－ｒｔｅａｏｐｌｒｗｉｄｌａａｅｎＦｂｙＰｅｏｔｌｎｉ
ａｏｔ９ｋｎａｉｈ．ｂｕｉｔｎｇｔＫｅｒｓｉａ；ＷｉｄＤｏｐｅ；ＦｂｙＰｒｔｅａｏｙｗｏｄ：Ｌｄｒｎ；ｐｌｒａｒ－ｅｏｔｌｎ

激光测风雷达介绍

激光测风雷达缺点：
1、产品成熟度不及测风塔，测风精确度有待进一步认证； 2、设备较为昂贵（国产60万左右，进口150万左右）； 3、后期使用成本较高（每年调教一次约1~2万）； 4、户外测风时存在被盗风险；
激光测风雷达使用场景：
1、测风塔代表性验证在复杂地形区域，测风塔代表性难以满足风资源评估
注意：
需要注意的是，考虑到雷达测风大小风月和时间一般不足一年的情况，及不同型号设备的环境适应性问题，复杂山地雷达设备的应用现在仍处于辅助测风阶段，雷达测风在复杂地形情况下的不确定度有待进一步细化研究。
THANKS
要求，仅通过测风塔数据模拟得到的结果存在很大差异。而通过激光雷达在风险区域实地测量，结合现有测量结果和软件模拟对比，将有效识别风险区域的真实性，规避潜在风险。
激光测风雷达使用场景：
2、功率曲线验证
激光雷达的灵活性、便携性，可更快速、有效对风机的功率曲线进行确定或验证，对在实际运行环境下风机的运行表现分析有重要意义。
激光测风雷达供应商：
1、北京
型号：Windcube V2 制造商：法国价格：150万左右产品参数：测量精度（0.1m/s）、采样频率（1s），测量范围为40-300m；产品尺寸：685*745*685mm，产品重量约66KG
激光测风雷达供应商：
型号：WindPrint V300 制造商：青岛价格：80万左右产品参数：产品测量精度（0.1m/s）、采样频率（1s），测量范围为40-300m；产品尺寸：产品重量约50KG
激光测风雷达简介
激光测风雷达简介:
激光测风雷达是用来测量高空风向、风速的雷达。激光雷达测风作为新型的移动测风技术，利用激光的多普勒频移原理，通过测量光波反射在空气中遇到风运动的气溶胶粒子所产生的频率变化得到风速、风向信息，从而计算出相应高度的矢测量性能强大，满足40m~300m，12个高度层风参数据测量 2、激光雷达数据获取方便灵活，可满足各种地形项目数据测试（体积约560*570*550mm，重量约50kg）； 2、激光雷达数据更丰富，可同时测得不同高度的水平、垂直风速、风向数据，入流角等；

激光雷达测风技术(4)

航天学院
NOAA HRDL (A SOPA Lidar)
航天学院
直接探测激光测风雷达结构
发射机:必须是单频激光器（稳频窄线宽），如倍频532nm、三倍频355nm或四倍频266nm ; 接收机：如果测量精度为1m/s，则频率分辨率=2v/=5.6MHz （对于532nm)
航天学院
激光雷达的后向散射信号
航天学院
VAD 扫描矢量风场反演
径向速度vR可以由v、u和w组成，纬度风速分量usincos,子午线速度分量vcos cos,垂直速度分量wsin, -方位角，向北顺时针，仰角。
对于VAD扫描：仰角是常量，方位角是变量，径向速度vR是测量量，(u, v, w)满足下式：
上式还可表示为：
对流层
2-16 0.5
平流层
16-30 2.0
低对流层
0-5 5
高对流层
5-16 10
平流层
16-20 10
风分布数
风分布间距时间采样测量精度水平积分区域
/hour
km hour m/s km 1.5
30,000
50 3 1.5 50 2 5
100
>500 12 5 50 5
航天学院
激光雷达测风技术发展趋势
aerosol signal molecular signal transmitted signal
sunlight
L
Wavelength
航天学院
双F-P标准具多普勒检测
I I IL T() Backscattered signal
Laser
I IL 1 d L I 0 T ' ( L )
Nd:YAG

测风雷达说明书

测风雷达说明书一、产品概述测风雷达是一款专门用于气象探测的雷达设备，它可以检测和测量大气中的风向、风速等信息。

通过使用测风雷达，气象学家和研究者可以更准确地监测和预测天气变化，提供重要的气象数据支持。

二、主要技术规格1. 探测范围：风向±180度，风速0-60米/秒2. 工作频率：X波段3. 发射功率：100W4. 重量：约50kg5. 尺寸：约1200mm×450mm×300mm三、雷达工作原理测风雷达通过向大气中发射X波段的电磁波，并接收反射回来的信号，利用多普勒效应测量风向和风速。

多普勒效应是指当发射的信号与反射回来的信号频率发生变化时，可以计算出风的作用效果。

四、操作说明1. 安装：将测风雷达安装在平稳、开阔的位置，确保雷达天线不受遮挡。

2. 开机：按下电源开关，等待雷达自检完毕后开始工作。

3. 数据采集：通过雷达的数据采集接口，将探测到的风向、风速数据传输到计算机或其他数据记录设备中。

4. 关机：使用完毕后，按下电源开关关闭雷达。

五、维护与保养1. 定期清洁雷达天线表面，保持清洁无污垢。

2. 定期检查雷达的电缆和连接器是否松动或损坏，如有需要请及时更换。

3. 定期进行雷达的性能检测，确保设备正常运行。

六、常见问题与解决方案1. 雷达无法开机：检查电源是否正常，如有问题请联系制造商维修。

2. 数据异常：检查雷达天线是否受到遮挡或干扰，以及数据采集设备是否正常工作。

如有问题请进行调整或更换部件。

3. 连接问题：检查雷达的电缆和连接器是否松动或损坏，如有需要请进行紧固或更换。

七、安全须知1. 使用测风雷达时应遵循相关的安全规定和操作规程，确保人员安全和设备正常运行。

2. 在雷雨天气或其他恶劣气候条件下，应停止使用测风雷达，并将设备安置在安全位置。

3. 避免在雷达附近使用电子设备或其他可能产生干扰的设备，以免影响雷达的正常工作。

八、保修条款本产品自购买之日起一年内保修。

相干多普勒测风激光雷达的工作原理

相干多普勒测风激光雷达的工作原理多普勒测风激光雷达是一种利用激光束进行风速测量的仪器。

它基于多普勒效应原理，通过测量激光回波的频率变化来获取风速信息。

在本文中，我将详细介绍多普勒测风激光雷达的工作原理。

多普勒效应是指当一个波源相对于观察者具有运动速度时，观察者会感觉到波的频率有所改变的现象。

根据多普勒效应，当一个物体靠近观察者时，波的频率会增加，而当物体远离观察者时，波的频率会减小。

多普勒测风激光雷达利用激光束发射器发射一束激光束向大气中传播。

当激光束与空气中的气溶胶粒子或颗粒物相互作用时，部分激光能量会被散射回到接收器。

接收器会接收到这些回波，并利用光电二极管将其转化为电信号。

在接收到回波信号之后，多普勒测风激光雷达会利用频谱分析的方法来解析这些信号，并提取出风速信息。

频谱分析是指将信号转化为频域表示的过程。

对于多普勒雷达来说，它会将接收到的回波信号转化为频谱表示，并通过分析频谱的峰值位置和宽度等参数来确定风速。

具体来说，多普勒测风激光雷达会通过比较接收到的激光回波信号与发射的激光信号的频率，来计算出频率差值。

这个频率差值与气体流动的速度成正比。

通过测量频率差值，多普勒测风激光雷达可以获取到风速信息。

在实际应用中，多普勒测风激光雷达可以被用于测量大气中的风速和风向。

它可以提供精确的风速测量，且对于气象、航空、环境等领域具有重要的应用价值。

总结起来，多普勒测风激光雷达的工作原理是基于多普勒效应。

它利用激光束与空气中的粒子进行相互作用，并通过测量激光回波信号的频率变化来获取风速信息。

多普勒测风激光雷达具有高精度、无需要涉及观测通量、有较长的测高范围等特点，因此被广泛应用于气象、航空、环境等领域。

一款新型风机分体式测风激光雷达的系统设计

一款新型风机分体式测风激光雷达的系统设计摘要：风机分体式测风激光雷达是一种基于多普勒效应以激光传感技术和测距技术相结合的远程探测器。

利用激光的多普勒效应，测量出大气中气溶胶粒子后向散射信号的多普勒频移，可以实现对大气风场的测量。

本项目的应用方向为风力发电机前端近距离风场的探测，根据实际应用要求，设计为四光路输出，采用分时发射的方案，可以合成计算出风力发电机轴向水平风速、风向和垂直风速、风向，机械结构上采用分体、微缩的方式，以适应恶劣、复杂多变的环境。

关键词：风机多普勒效应测风激光雷达风场绪论当前，风电行业面临新形势下的改革需求，主要矛盾是综合成本高，能源利用比低，制约了各地大规模应用，传统电力体制机制已不能适应新能源发展思路。

众所周知，原始传统风机多靠安装在机舱顶部的风速计对风场进行实时测量，将采集到的水平风速和风向传输给主控系统，但是这种方式无法适应风场变化时尤其是突变等情况。

在风能行业，以激光为基础的测风传感器己经成为传感测风设备的一种补充。

激光测风雷达的独特之处在于其精确地测量远处的风速和风向的能力。

在风还未到达叶片之前就能在机舱的顶部精确地测定风向与风速。

有了这些数据,风机就可以根据风况提前调整风机状态，这样必然会带来发电量的上升，同时也减少了风机部件的磨损[1]。

一、整体思路1、设计定位本项目应用于风力发电机前端近距离风速和风向的探测，结合目前已有的技术（信号采集技术、软件技术），只对系统设计、光路设计和机械设计详细展现，其他调试、测试部分、附属包装等和非项目设计的部分省略。

本项目采用相干探测的方法进行多普勒频移测定并完成风场的测量，与直接探测的最大不同点在于探测原理的不同。

相干探测法是将微弱的多普勒频移信号与较强的本振信号混合在一起通过拍频的方式提取出来，而直接探测法是直接将发射激光回波信号的频率转换为能量的相对变化实现对大气风场多普勒频移的测量[2]。

理论上相干探测比直接探测要简单许多，测量数据精准，探测距离远。

MOLAS NL 机舱式测风激光雷达产品信息手册说明书

MOLAS NL机舱式测风激光雷达产品信息手册目录符合性信息 (I)前言 (I)1认识Molas NL (1)1.1概述 (1)1.2产品特点 (1)1.3工作原理 (2)1.4系统参数 (2)1.5系统组成 (3)1.5.1系统框图 (3)1.5.2产品结构尺寸 (4)1.5.3装箱清单 (5)1.6数据产品 (6)2功能描述 (8)2.1雷达状态的查看 (8)2.1.1数存单元（DU）状态指示灯查看雷达状态 (8)2.1.2客户端软件查看雷达状态 (9)2.2Profibus DP数据推送功能 (10)2.3FTP数据推送功能 (10)2.4NTP授时功能 (10)2.5雷达数据下载 (11)3安装指南 (12)3.1安装流程 (12)3.2注意事项 (12)3.1.1组件使用注意事项 (12)3.1.2现场安装注意事项 (13)3.3准备工作 (15)3.2.1雷达附件 (15)3.2.2建议工具清单 (20)3.2.3设备吊装前确认事项 (22)3.4设备安装 (23)3.3.1设备的吊装 (23)3.3.2云台和支架的安装 (24)3.3.3DU的安装 (26)3.3.4OH的安装 (27)3.3.5OH指向和姿态调整 (34)4操作说明 (40)4.1软件的安装 (40)4.2状态确认 (41)4.2.1软件安装就绪 (41)4.2.2PC的IP确认 (41)4.3设备的连接 (42)4.4雷达状态查看 (43)4.4.1雷达信息 (43)4.4.2风速信息 (44)4.4.3雷达数据 (45)4.4.4功率谱 (46)4.4.5数据下载 (47)4.5参数设置 (48)4.5.1测量参数设置 (49)4.5.2网络设置 (50)4.5.3雷达控制 (50)4.5.4信息提示 (50)5故障排查和保养维护 (51)5.1异常模式分析 (51)5.2雷达Profibus故障上报 (51)5.3保养策略 (52)附件A风速文件说明 (53)附件B外观尺寸和安装孔位 (56)附件C接线示意图 (57)附件D存储数据格式 (58)附件E FTP数据格式 (62)附件F DP数据格式 (63)附件G DU状态灯定义 (66)附件H Molas NL运行维护手册 (67)此部分列出了设备符合的安全、EMC（电磁兼容性）、防雷等标准。

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。

所有徽标和/或产品名称均为维萨拉或其单独合作伙伴的商标。

激光多普勒测速技术在风洞实验中的应用研究

激光多普勒测速技术在风洞实验中的应用研究随着科技的不断发展，激光多普勒测速技术被广泛应用于风洞试验中。

激光多普勒测速技术能够以非接触式的方式对流体进行测量，并在实验中起到了举足轻重的作用。

一、激光多普勒测速技术介绍激光多普勒测速技术，是指利用激光束从流体中反射回来的光子，来判断流体的流动速度、方向和湍流程度的一种技术。

其原理是根据多普勒效应来测量流体中的速度，即利用激光束入射流体后，光子回传时会出现频率的改变，通过拆分光子频率，并利用计算机进行处理，即可获取流体中某一点的速度信息。

激光多普勒测速技术采用了非接触式测量的方式，不仅能减少试验与被测试物体之间的干扰，也可以提高测试精度，从而充分保证了实验数据的真实可靠性。

同时，在测试过程中可以保持试验环境的封闭性和纯净性，从而有效地避免试验产生干扰和误差。

二、激光多普勒测速技术在风洞实验中的应用激光多普勒测速技术在风洞试验中的应用主要集中在以下几个方面：1. 测量气动力学参数风洞试验中的流体是模拟真实气体的流动状态，因此可以通过激光多普勒测速技术来获取并分析气动力学参数，如气动力、升力、阻力、气动不稳定和压力波等。

2. 研究风洞试验中的流动特性通过激光多普勒测速技术可以对风洞实验中的流动状态进行研究和分析，可帮助实验人员进行实验室与实际应用之间的转化。

3. 研究风描和气流噪声在飞行器设计中，风洞实验中的气流噪声和风描是非常重要的指标，可以通过激光多普勒测速技术来进行测量和研究，以提高飞行器的安全性和稳定性。

4. 测量流血和轮廓线激光多普勒测速技术还可以用来测量风洞实验中的流血和模型的轮廓线，从而实现高精度的数据分析和建模。

三、总结激光多普勒测速技术在风洞试验中的应用是相当广泛的，通过此项技术，我们可以获取到实验数据的精确性和可靠性。

在未来的研究中，激光多普勒测速技术将继续发挥着重要的作用，并为实验室和车间等场所的使用提供更加高效、精确而可靠的技术手段。