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
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
ＺＨＯＵ ａ ｌ ． Ｘｉ ｏ－ ｎ ＺＨＯＵ ｕｎ ｉ Ｊ
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３ ５卷 第 ６期
Ｖ０ ．５ Ｎｏ６ １ ． ３
红 外 与 激 光 工 程
Ｉ ｆａ ｅ ｎ ｓ ｒ ｇｎ ｅ ｉｇ ｎ ｒｒ ｄａ ｄＬａ ｅ ｉｅ ｒｎ Ｅｎ
２０ ０ ６年 ｌ ２月
Ｄｅ ． Ｏ ６ ｃ２Ｏ
基 于 Ｆ ｂｙ Ｐ ｒｔ 准 具 的 多普 勒测 风 激 光 雷 达 ａ ｒ －ｅｏ 标
关键 词：激光 ； 雷达 ； 风 ； 多普 勒 ； ＦｂｙＰ ｒｔ 准 具 ａｒ －ｅ 标 ｏ
中 闺分类 号：Ｎ９ ８２ Ｔ ５． 文 献标识 码 ： Ａ 文章编 号：０ ７ ２ ７ （０６ ０ — ６ ７ ０ １ ０ — ２ ６２ ０ ）６ ０８ — ４
Ｄｏ ｐ ｅ ｎ ｄ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ａ ｒ － ｒ ｔｅ ａ ｏ ｐ ｌｒ ｗｉ ｄ ｌ ａ ａ ｅ ｎ Ｆ ｂ ｙ Ｐｅ ｏ ｔ ｌ ｎ ｉ
ａ ｏ ｔ９ ｋｎ ａ ｉ ｈ ． ｂ ｕ ｉ ｔｎ ｇ ｔ Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ａ ； Ｗ ｉ ｄ Ｄｏ ｐ ｅ ； Ｆ ｂ ｙ Ｐ ｒ ｔｅａｏ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｌ ｄ ｒ ｎ ； ｐ ｌｒ ａ ｒ － ｅ ｏ ｔｌ ｎ
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)
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NOAA HRDL (A SOPA Lidar)
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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)
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激光雷达的后向散射信号
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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
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激光雷达测风技术发展趋势
aerosol signal molecular signal transmitted signal
sunlight
L
Wavelength
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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。
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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引言风是研究大气动力学和气候变化的一个重要参量，利用风的数据，可以获得大气的变化，并预见其改变，促进人类对能量、水、气溶胶、化学和其它空气物质圈的了解，提高气象分析和预测全球气候变化的能力。
目前的风场数据主要来源于无线电探空测风仪、地面站、海洋浮标、观测船、飞行器以及卫星，它们在覆盖范围和观测频率上都存在很大限制。
对全球进行直接三维风场测量已经提到日程上来，世界气象组织提出了全球范围的高分辨率大气风场数据的迫切需要，迄今为止，多普勒测风激光雷达是唯一能够获得直接三维风场廓线的工具，具有提供全球所需数据的发展潜力［1］。
激光雷达是探测大气的有力工具，随着激光技术、光学机械加工技术、信号探测、数据采集以及控制技术的发展，激光雷达技术的发展也日新月异。
多普勒测风激光雷达具有实用性、高分辨率和三维观测等优点，是其它探测手段难以比拟的［2，3，4］。
新研制的1064 nm直接探测多普勒测风激光雷达，利用双边缘技术对对流层三维风场进行探测［5］。
本文介绍了该激光雷达的总体结构及其各部分的功能，并对其探测对流层风场的初步结果进行了分析和讨论。
1 总体结构和技术参数1064 nm直接探测多普勒测风激光雷达从整体上由激光发射单元、二维扫描单元，回波信号接收单元、信号探测和数据采集单元及控制单元五部分组成，其结构示意图和外观照片分别见图1和图2，主要的技术参数见表1。
激光发射单元、回波信号接收单元、信号探测和数据采集单元放置在光学平台上，保证其光学稳定性。
Nd:YAG激光器的中心波长是1064 nm，工作在此波长，可以有较大的激光输出功率，并且气溶胶的后向散射截面比较大。
脉冲重复频率为50 Hz，可以节省探测的时间，能捕捉短时间内风速的变化，有利于提高风速探测的准确度。
同时，激光器内部注入种子激光可以保证激光器的频率稳定。
二维扫描单元安置在实验房的房顶，接收望远镜的上方。
由两个镀有1064 nm波长全反的。