连续光纤激光相干测风雷达技术研究

大气风场的测量在环境、航空、航天等领域具有重要的应用价值。目前对于近距离大气风场的报道较少, 而传统脉冲激光测风系统往往存在着低空盲区,不能满足对近距离低空风场的测量。采用连续激光 光源设计并建立了一套短距测风系统,实现了近距离风场信息的测量,与测风仪对比同时刻实验测量结果 误差不超过3\%。对研制的连续激光测风系统结合适当的扫描方式进行组装,可以为短距风场的实际测量服务。     

浅析舰船激光测风雷达技术应用及发展趋势

舰船航行时庞大躯身及上层建筑会对船体周边的大气流场分布产生较大的干扰，应用激光测风雷达获取舰船周边大气流场高时空分辨信息，能提升舰船航空飞行器在高海况条件下的安全起降能力。对舰船载激光测风雷达在海洋环境工作应用模式及数据需求等进行分析，并介绍了船载激光测风雷达工作原理及国内外发展情况，分析了雷达的相关关键技术，最后对船载3维高时空分辨风场测量技术的发展趋势进行了展望。     

激光测风雷达在航空保障中的典型应用分析

为了研究激光测风雷达在航空气象保障中的监测和预警能力,利用激光雷达的多种模式测量数据,对西宁高原机场2019-04-10一次典型风切变天气演变监测过程进行了详细分析,并与机场现有的测风设备数据、机组报告数据进行了对比。结果表明,激光测风雷达在此次风切变探测过程中,能清楚地探测到风切变的结构、位置、高度和移动方向; 激光测风雷达与自观数据相比,实现提前10min左右的预警; 激光雷达对风切变过程的监测结果与机组报告的结果有较好的一致性。该研究对于民航机场利用激光测风雷达预报风切变天气和保障飞行安全具有一定的参考与指导意义。     

基于短距相干测风激光雷达的机场低空风切变观测

介绍了低空风切变及其预警的研究工作、相干多普勒测风激光雷达反演风场算法以及计算下滑道逆风廓线算法.进一步分析了2015年冬季和2016年春季北京首都机场低空风切变观测实验中所观测到的风切变案例,利用多种测量模式开展案例中风切变的监测,并对风切变观测结果进行了验证.实验结果表明,短距相干多普勒测风激光雷达多种测量模式均可能有效探测低空风切变.     

基于激光测风雷达的机场低空风切变识别算法

介绍了低空风切变识别的研究情况,提出了一种基于激光测风雷达的机场低空风切变识别算法,针对性设计了重点监测区域和告警方式;并于2016年春季和2018年春夏季,在气候、地形复杂度不同的多个机场进行低空风切变监测试验,通过分别与国外某型激光测风雷达以及同时段航空器报告结果做对比,评估本文算法的切变识别能力。试验结果表明,本文算法可以有效监测到激光测风雷达探测范围内的低空风切变,命中率可达88%以上。     

基于相干多普勒激光雷达的北京机场春季低空风切变观测研究

低空风切变极易对起降过程中的飞行器、风力发电机的结构产生破坏性影响。简要介绍了低空风切变及风切变的危害,详细介绍了相干多普勒激光雷达的工作原理和低空风廓线反演算法,以及利用风廓线、风矢量图、风速梯度图等观测数据提取风切变的方法。分析了2015年春季北京首都机场低空风切变个例发生的气象条件和风切变强度。实验结果表明相干多普勒测风激光雷达能有效探测分析低空风切变。     

中国首台米氏散射多普勒测风激光雷达研制成功

中国首台米氏散射多普勒测风激光雷达在合肥研制成功，并于10月底正式通过专家鉴定。作为大气科学研究中一种新的遥感探测工具，测风激光雷达实现了高分辨率的大气风场遥感探测。据了解，精确的大气风场资料可以极大地提高数值天气预报、长期气候预报的准确性。但是传统的气象观测手段很难给出立体的大气风场信息，尤其在航空领域低空风切变检测的难题难以解决，往往导致空难事故发生。     

幅相误差下基于CMCAP-JDL的低空风切变风速估计

针对机载气象雷达存在幅相误差的情况下，导致杂波抑制性能下降，低空风切变风速估计结果不准确的问题，本文提出了一种基于组合空时主通道-局域联合空时自适应处理（Combined Space-time Main Channel Adaptive Processing, CMCAP-JDL）低空风切变风速估计方法。该方法首先对雷达回波数据进行距离依赖性矫正及杂波协方差矩阵估计；然后对空域和时域加权，形成空域主波束和时域主通道，同时增加多个局域处理区域参与联合处理的方式来构造自适应降维处理器；最后使用权矢量对降维后的回波数据实现自适应滤波，完成幅相误差情况下风场速度的准确估计。仿真结果表明，该方法能够在幅相误差的情况下，实现低空风切变风速的准确估计。      

利用函数拟合的低空风切变三维建模与雷达回波仿真

高保真的低空风切变数据是进行低空风切变检测和飞行性能分析的必要基础。为解决低空风切变危险性高、发生突然且持续时间短等带来的真实数据不易获取的难题,本文提出了一种利用函数拟合的低空风切变三维建模方法。该方法依据风切变的流体力学特征,通过函数拟合的方式建立风场类型及特征可变的三维密度场和速度场,并按照现有机载气象雷达在风切变探测模式下的天线扫描与工作方式,实现低空风切变雷达回波仿真。仿真结果表明:该方法可灵活快速地实现低空风切变三维风场建模,雷达回波的速度估计结果较好地反映了低空风切变径向速度沿距离方向呈现反“S”型特征的分布特点。      

车载测风激光雷达风廓线同步观测实验

多普勒测风激光雷达能够实现高时空分辨率的大气风场测量,中国海洋大学成功研制了可以测量风廓线和三维大气风场的车载多普勒测风激光雷达,并已交付中国气象局使用。为了检验该激光雷达的测量性能,2011年春季开展了车载激光雷达与探空气球风廓线同步观测实验,获取了55组比对数据。本文介绍了此次同步观测实验,给出了激光雷达和探空气球风廓线数据的比对个例,并对所有比对数据进行了统计分析。同步比对结果显示,激光雷达与探空气球风廓线数据的风速均方根偏差为2.76 m/s。通过分析比对偏差,证明了激光雷达风廓线测量结果的准确性。     

联合时频分析在相干测风激光雷达中的应用

相干测风激光雷达具有风场测量精度高、高时空分辨率、探测范围广等突出优点,已广泛应用于风切变探测、飞机尾流探测、风力发电和大气湍流探测等方面。如何从大气回波信号中提取微弱的多普勒频移信息是激光雷达信号处理的难点。基于大气分层模型仿真生成相干激光雷达大气回波信号,对模拟回波信号应用不同的时频分布进行时频分析。随后对比了时频分析的效果,自适应最优核时频分布具有运算量小,交叉项抑制效果好,时频聚集度高等优点。最后,使用1.5m相干多普勒激光雷达于2017年3月份在安徽合肥进行实地观测,将自适应最优核时频分布应用于实测数据,与传统的快速傅里叶方法对比风速反演结果。结果表明:自适应最优核时频分布能更好地反映出风速细节信息,3 km内距离分辨率为1.2 m,3 km后经平滑保持了对远场弱信号风速估计的连续性,时间分辨率为1 s时其最远水平探测范围约在6 km。     

基于多普勒激光雷达低空风切变的数值仿真

多普勒激光雷达是目前在晴空条件下对低空风切变最有效的一种探测手段。完成了基于多普勒激光雷达探测所需的微下击暴流、侧风切变和低空急流等三维变化风场的数值仿真,仿真结果得到了各种风场的基本特征。依据多普勒激光雷达的波束扫描方式,选取雷达扫描仰角为5°,扫描半径为8 km,雷达径向步长为100 m来扫描仿真风场,最后得到雷达探测变化风场的仿真径向数据。这对于深入理解风切变的产生机理以及实现由激光雷达对风切变的探测、识别和预报等后续研究具有重要意义。仿真过程建立的变化风场模型简单,模型参数变化灵活、方便实用。     

西宁机场一次低空风切变的结构和特征研究

低空风切变是航空安全的重大威胁,为了研究高原机场典型低空风切变精细结构和演变规律,针对西宁机场2020-02-13出现的两类低空风切变过程,利用FC-Ⅲ型激光测风雷达资料,结合地面实况和风廓线雷达资料进行了分析.结果表明,两类风切变成因和演变特征有所差异,顺风切变线呈"锥形",由机场西侧向东"嵌入"跑道,而逆风辐合线则...     

单多普勒激光雷达机场小尺度风场反演研究

基于机场上空小尺度风场结构特点以及单多普勒激光雷达测风原理,本文在现有气象雷达三维风场反演的VVP方法的基础上,提出一种基于三维风场在分析体积内均匀分布假设的几何反演算法。此方法对单多普勒激光雷达测得的径向速度进行处理,实现对机场上空实际风速大小及其角度的反演,进而对风切变等灾害性天气完成探测。通过反演数据与原始数据进行比较,分析反演误差,结果表明几何方法能够较好的反映小尺度风场变化趋势。     

激光相干测风技术应用研究

激光相干探测技术能够在晴空下实时获得高时空分辨率的风场分布,是目前研究大气风场的一种重要手段。首先简述了 大气风场测量的意义,针对激光相干测风技术进行了介绍。随后结合目前相干多普勒测风激光雷达的发展情况,重点对相干 激光测风探测技术在不同领域上的应用进行分析和总结。最后,通过对比目前相干探测技术的应用缺陷,进一步分析了相干探测技术的应用前景。     

大气重力波引起的偶发钠层研究

利用了中国科学院临近空间环境野外综合探测站（廊坊,39N,116E）的钠荧光多普勒激光雷达和流星雷达的探测数据对廊坊上空大气重力波引起的偶发钠层（SSL）进行了研究。首先从大气重力波方程出发,计算分析了大气水平风剪切和垂直风场之间的相位关系;其次利用了钠荧光多普勒激光雷达和流星雷达的实测数据对大气重力波引起的偶发钠层进行了分析研究;经研究分析可知,由于大气重力波引起强的水平风切变和垂直风场风向反转的共同作用,其堆积效应使得钠原子密度增强,形成了偶发钠层。