基于激光雷达的风力机偏航误差纠正策略研究

本文在分析了现有测风系统不足的基础上,通过风洞实验验证了不同入射角来流风速对风速仪测风的影响,证明了现有风速测量的不准确性。在此基础上提出了激光雷达风轮前方测风系统,根据电量损失的百分比和偏航误差的余弦平方关系曲线,通过在风电场安装激光雷达,收集激光雷达和现有测风系统(机舱后方气象架和测风塔)的风况数据,对数据进行相关性及拟合分析,得出现有测风系统所测量风向的偏差值。通过在人机界面(HMI)中修正此偏差值可以减少功率损失。     

两种测风仪的动态比对试验及分析

针对超声波测风仪的不断应用,在自然风场条件下实施了超声波测风仪和现有自动气象站机械旋转式测风仪的动态比对试验。通过对风向风速的采集数据进行处理分析,总结了超声波测风仪和机械旋转式测风仪的动态性能。试验结果表明,2种测风仪的2,10min平均值可比较性偏差小于瞬时值;随着风速的增大,风速值的可比较性系统偏差向负向漂移,风速值的标准偏差增大,风向值的标准偏差减小。造成2种测风仪测量结果差异的原因主要是系统惯性特征、风场的自身湍流特性以及测风仪结构的不同造成流场特性的变异。     

多光束测风激光雷达技术分析和比较

 多光束测风激光雷达是在假设探测的时间内气溶胶团的结构不发生变化的条件下,利用接收到的多光束气溶胶后向散射信号的强度,通过不同计算方法得到水平风速。这种系统具有设备简单、对硬件要求不高等优点。本文分析并比较了基于多光束雷达信号之间的相关性的多光束测风激光雷达和基于两个多波束激光雷达信号的傅里叶变换的比值的多光束测风激光雷达两种技术,后者具有可快速计算水平风速的优点。     

基于Fizeau干涉仪的直接探测多普勒测风、激光雷达研究

回顾了基于Fizeau干涉仪的多普勒测风激光雷达的基本原理，在对测风雷达的主要参数说明的基础上，分析了多通道探测器的选择以及由于干涉仪圆形口径引起的通道间的能量修正系数问题，最后对基于Fizeau干涉仪多普勒测风激光雷达雷达系统的风速测量误差进行了数值模拟．结果显示，研制中的基于Fizeau干涉仪的多普勒测风激光雷达系统在5km以下范围内，风速测量误差可以达到0．56m／s（30s积分实际时间）．     

平流层飞艇机载风速测量方法

 风场数据是平流层飞艇实现长时驻空和飞行控制的重要参数。针对平流层空气稀薄、传统机载压力式测风速方法测量精度低等问题,提出一种利用激光雷达直接探测技术的平流层飞艇机载风速测量方法。设计了基于直接探测原理的多普勒激光雷达测风速系统,构建了分别以FPI（Fabry-Perot干涉仪）和MZI（Mach-Zehnder干涉仪）为鉴频器的条纹成像技术的风速反演数学模型,并进行了数值仿真分析。结果显示,在355 nm波长出射激光和20 m/s径向风速条件下,FPI-条纹成像技术与MZI-条纹成像技术的径向风速测量误差分别为11.0%和6.5%,测量分辨率分别为1.90 m/s和1.62 m/s,表明该方法能够满足平流层飞艇机载风速测量要求。     

基于镜频抑制零差探测的全光纤测风激光雷达系统

相干多普勒测风激光雷达多采用外差技术来获得大气风场在雷达径向方向上的速度大小和正负.本文基于镜频抑制技术,使用全光纤90°相位控制器研制了连续相干多普勒测风激光雷达系统.该系统通过对本振光或接收信号进行相位控制,得到正交的IQ信号,采用镜频抑制技术,探测得到径向风速的大小和正负,相对于使用外差技术的相干多普勒激光雷达系统,该系统具有信噪比更高、雷达存储能力更强、在相同的ADC采样速率下测速范围更大等特点.文中最后通过与风速计的大量对比试验,进一步对连续相干多普勒测风激光雷达系统的数据的可信性进行了验证.实验结果表明,该系统测得的风向正负与风速计完全一致,风速大小的偏差为-0.03 m/s,标准差为0.63 m/s,具有较高的探测精度.      

对流层风廓线雷达资料质量分析

为了检验对流层风廓线雷达观测数据的准确性,利用2014年6-7月咸宁的对流层风廓线雷达和GPS移动探空资料,以GPS探空观测值为参考,对对流层风廓线雷达的观测质量进行对比分析,定义两者风向偏差在15°以内或风速偏差在3m/s以下的样本为有效样本,通过比较有效样本占总样本数的比值来判断风向和风速数据的质量。结果表明:降水量对风场影响不明显,风速和风向有效样本数的变化不同,比较时段内,风向数据的质量优于风速,降水提高了风向数据的质量;1~10km高度,风向数据的质量较好,而降水将提高该数据的质量;8km高度以下,风速数据的质量较好,降水对该数据的质量起反效果。总体来说,除近地层(1km以下)外,风速值越大,风向数据的质量越好,降水对高层风向数据的质量有正贡献。     

基于小波分析提高风速测量精度的研究

非相干多普勒激光雷达能够通过大气后向散射信号反演径向风速,然而激光雷达测量的后向散射信号包含的各种噪声和干扰信号会严重影响反演精度。我们采用离散小波变换,应用双正交小波和随距离变化的阈值设定方法,对非相干多普勒激光雷达的径向风速数据进行了降噪处理,从而提高风速反演精度。通过分析均方差以及相关系数,并与现场数据比对,显示该方法能够显著降低激光雷达风速测量误差。     

激光雷达径向风速数据的小波分析降噪研究

非相干多普勒激光雷达能够通过大气后向散射信号反演径向风速。然而激光雷达测量的后向散射信号包含的各种噪声和干扰信号会严重影响反演精度。我们采用离散小波变换,应用双正交小波和随距离变化的阈值设定方法,对非相干多普勒激光雷达的径向风速数据进行了降噪处理,以提高风速反演精度。通过分析均方差以及相关系数,并与现场数据比对,显示该方法能够显著降低激光雷达风速测量误差。     

超声波式与螺旋桨式测风传感器数据对比分析

风速风向测量对船舶航行、系泊、防台、救援等有重要的作用,文中以超声波测风传感器数据为基准,结合螺旋桨式测风传感器安装位置,对航行状态的螺旋桨式测风数据进行了误差分析,并指出了各个方向上的风速风向误差源,为螺旋桨式测风传感器的总体布置优化提供参考。     

高海拔单台大型风力机外场实验

为了提高高海拔地区大型风力机的性能,以3.3 MW水平轴风力机为研究对象,通过外场实验的方法,利用机舱式激光雷达测量风力机的入流,同时,利用地面风廓线雷达测量风力机的尾流.首先将一天中激光雷达测得的入流风速和风向与机舱上的风速风向计数据对比,并提取一段时间内机舱雷达测得的入流风速进行分析;其次,把尾流风向与入流风向、尾...     

基于MEMS技术无线网络风力传感器的研制

研制了一种严酷环境下使用的无线网络测风传感器,传感器由微型风速芯片、电子罗盘和主控及旋转部件构成。微型风速芯片基于拖动力及热式原理设计、采用Micro Electro Mechanical System(MEMS)技术制作而成,由微型风速芯片和电子罗盘通过感应数据配合获得所测风的瞬时风速和风向信息,气象监测环境风传感器具体工作过程,其无线主控部件接收到测试命令后,采用旋转部件将微型风速芯片旋转一周,通过对比各时刻输出信息获得max值,由风速芯片与电子罗盘解析该时刻的数据即为所测的风速和风向信息,最后由负责传输的部件传输出去。经初步测试,本设计特别适合用在高山、森林等环境恶劣的无线网络气象检测站。     

利用可移式多普勒激光雷达测量大气风场

小型可移动式（车载）非相干多普勒测风激光雷达,用于大气边界层和对流层中下层大气风场、湍流及气溶胶的监测与预报研究,并且满足气象业务化应用的要求。可以对晴空三维风场进行高时空分辨率的测量。探测参数包括径向风速和散射强度（气溶胶浓度）,并能为用户提供多种标准数据产品。     

相干测风激光雷达带通采样方法的仿真研究

根据相干测风雷达回波信号载频高、带宽窄的特点,尤其星载相干测风雷达回波信号数千兆赫兹,采用传统采样方式对采集卡的采样率要求很高.鉴于采集卡的采样率和分辨力互相制约,提出将带通采样引入到相干测风雷达系统.本文以1.5 μm全光纤相干测风激光雷达的实测数据作为仿真输入,经Simulink滤波、带通采样,结果表明,在对探测距离影响不大的情况下,与低通采样方式相比径向风速反演结果最大相差0.5 μm/s;数据处理的时间复杂度降低,其下降值是带通采样频率与低通采样频率的比值;但信噪比会恶化,其下降值介于1~3 dB.      

碘分子滤波器温度对风速测量精度的影响

通过理论模拟碘分子的吸收曲线。模拟出不同回向散射比Rb(r)的大气回波信号和碘分子滤波器透过率函数R(r,ν)卷积的光谱曲线;该曲线与碘分子滤波器的温度有关。模拟碘分子滤波器的温度变化,在同时测量气溶胶和大气分子散射的情况下,获得测量误差随碘分子滤波器温度变化的曲线。最后,设置适当的碘分子滤波器温度,采用青岛海洋大学遥感研究所研制的非相干多普勒激光测风雷达系统测量回向散射比Rb(r)和回向散射信号频移的距离剖面,反演出风速和探空气球的测风数据比较。测量风速的标准偏差为0.985 m/s。     

风力机双参数机舱传递函数构建方法

自由来流风速是影响风电机组叶片气动性能、运行控制策略、功率特性的重要因素。针对常用机舱传递函数在估算自由来流风速时考虑因素单一的问题,本文以风电机组的能效后评估为依托,借助机舱式激光雷达对自由来流进行测量,结合机组运行状态建立了测风数据的有效性筛选方法;基于曲面拟合的方式研究自由来流风速与同期机舱风速、机组输出功率的相关关系,提出了一种双参数机舱传递函数的拟合构建方法,其拟合优度相对于常用单参数传递函数有了一定程度的提升。采用该方法可降低机组后评估时对遥感测风装置的依赖,为同场区该型号机组能效评估中涉及的自由来流风速获取提供了一种精度较高的工程估算方案。     

碳酸二甲酯与正庚烷混合物表面张力的实验研究

利用悬滴法液体表面张力实验系统测量了碳酸二甲酯(DMC)和正庚烷的表面张力,并拟合了方程。实验值与方程值偏差不超过±1%。在此基础上测量了碳酸二甲酯与正庚烷混合溶液在298.15~343.15 K温度区间,摩尔分数在0.1~0.9的表面张力值。分析了其过余表面张力,将其拟合为Redlich-Kister计算方程。为碳酸二甲酯、正庚烷的工程应用提供基础热物性数据和方程。     

小型机载测风激光雷达研究

机载测风激光雷达在气象科学、商业和军事方面都有着广泛的应用,前景十分广阔,而且是星载测风激光雷达必经的前期阶段。目前,国际上许多国家都在开展这方面的研究。本论文阐述了小型机载测风激光雷达研究的重要意义,并对国内外的研究现状进行了分析。     

一种新型手持式测风装置

介绍了一种手持式测风装置,其内部三轴加速度传感器用来测量船舶的横摇及纵摇摆信息,并通过相关算法来修正测量的风速风向值,利用内部GPS模块中航速、航向信息与测量的合成风通过矢量运算得出真风速、真风向,气压模块与电子罗盘模块可以给用户提供不同的参数信息,为用户的使用提供了极大方便。     

电动势的测量偏差分析——以热电偶为例

直流电位差计可以较准确地测量出被测值,但仍旧存在一定的偏差.对运用直流电位差计测量热电偶热电动势产生的偏差进行分析,计算了测量系统的A类和B类不确定度.介绍了可以修正测量系统部分偏差的方法,说明了可略去的偏差原因.