一种多普勒激光测风雷达零盲区探测的方法与流程

本发明涉及激光雷达，尤其涉及一种多普勒激光测风雷达零盲区探测的方法。

背景技术：

1、相干多普勒激光测风雷达在探测时存在测量盲区的问题，这是由激光脉宽引入的。根据雷达方程可得，当激光能量越大，探测距离越远，为了避免单脉冲峰值功率过大损伤激光器元器件，会适当增大激光脉宽，导致了探测盲区的增加，当使用的脉宽为200ns的脉冲时，结合光速可以计算得到对应雷达探测盲区为30m。在使用大能量的激光进行激光测距时，在满足探测距离要求的同时，也需要解决无法探测近距离风场这一问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能有效对探测盲区的数据进行补全的多普勒激光测风雷达零盲区探测的方法。

2、本发明所述所采用的技术方案是，本发明方法包括以下步骤：

3、a. 在激光测风雷达周围设置近地面机械式测风装置，获得地面附近的风速和风向；

4、b. 通过激光测风雷达测量不同高度处zn的风速u（zn），取一段测量数据的平均值，使用最小二乘法拟合计算出风切变指数；

5、c. 利用近地面机械式测风装置测得的数据对激光测风雷达盲区的数据进行补齐，获得地面附近盲区完整的风速和风向数据。

6、所述步骤a中，近地面机械式测风装置具体为风杯和风向标。

7、所述步骤b的具体步骤为：

8、设z1高度处的风速为u（z1），z2高度处的风速为u（z2），…，zn高度处的风速为u（zn），对不同高度层的风速取平均值为，则风切变指数为：

9、   （1），

10、通过变形，得到：

11、 （2），

12、式（2）形式为一阶函数：

13、     （3），

14、其中，，，，使用最小二乘法求解得到风切变指数：

15、    （4），

16、其中代表的平均值。

17、所述步骤c的具体步骤为：

18、设z1高度处的风速为u（z1）和风切变指数为，通过公式（1）计算得到z2高度处的风速为：

19、     （5），

20、同理，根据以上公式计算得到n个高度处的风速；

21、在获取到设定高度处的风速数据后，为得到更高空间分辨率的风速，采用拉格朗日插值法对风速数据进行插值处理：

22、对于拉格朗日插值函数，已知有给定的个取值点：

23、    （6），

24、其中对应着自变量的位置，对应着函数在这个位置的取值，假设任意两个不同的都互不相同，那么应用拉格朗日插值函数所得到的拉格朗日插值多项式为：

25、   （7），

26、其中每个为拉格朗日基本多项式或称为插值基函数，其表达式为：

27、   （8），

28、其中，i、j、k均为常数，

29、拉格朗日插值函数保证经过每个插值节点并对特定高度未知风速数据进行补充，其中距离地面较近的数据为近地面机械式测风装置和激光测风雷达测量的风速与风切变指数计算得到，将近地面机械式测风装置和激光测风雷达测量、插值函数以及幂律计算得到的风速相结合，基于已知的风场数据和物理模型，计算得到零盲区的激光测风雷达的风速探测数据。

30、本发明的有益效果是：本发明方法中，将激光测风雷达与近地面机械式测风装置结合使用，通过近地面机械式测风装置测量靠近地面附近的位于盲区内的风速信息，近地面机械式测风装置提供近地面的风场信息，这有助于更全面地了解风场特性；在盲区范围内，通过近地面机械式测风装置测量的数据插值和建模的方法来估算风场信息，基于已知的风场数据和物理模型，进而实现对盲区内的风场进行预测和推断。

技术特征：

1.一种多普勒激光测风雷达零盲区探测的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种多普勒激光测风雷达零盲区探测的方法，其特征在于，所述步骤a中，所述近地面机械式测风装置具体为风杯和风向标。

3.根据权利要求1所述的一种多普勒激光测风雷达零盲区探测的方法，其特征在于，所述步骤b的具体步骤为：

4.根据权利要求1所述的一种多普勒激光测风雷达零盲区探测的方法，其特征在于，所述步骤c的具体步骤为：

技术总结
本发明旨在提供一种能有效对探测盲区的数据进行补全的多普勒激光测风雷达零盲区探测的方法。本发明方法包括以下步骤：a.在激光测风雷达周围设置近地面机械式测风装置，获得地面附近的风速和风向；b.通过激光测风雷达测量不同高度处z<subgt;n</subgt;的风速U（z<subgt;n</subgt;），取一段测量数据的平均值，使用最小二乘法拟合计算出风切变指数；c.利用近地面机械式测风装置测得的数据对激光测风雷达盲区的数据进行补齐，获得地面附近盲区完整的风速和风向数据。本发明应用于激光雷达技术领域。

技术研发人员：张才士,盛一成,曹丁象,徐迎彬,赵德平,段誉,赵海峰,韩增良,许梓浩,林骏宇
受保护的技术使用者：珠海光恒科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12