一种相干多普勒测风激光雷达系统及其控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108717195A(43)申请公布日2018.10.30(21)申请号201810505544.1(22)申请日2018.05.24(71)申请人远景能源（江苏）有限公司地址214443江苏省无锡市江阴市申港街道申庄路3号(72)发明人梁家宁郭晓明吕飞刘鹏陈潇吉凡张超刘海华齐闯(74)专利代理机构上海智晟知识产权代理事务所(特殊普通合伙)31313代理人林高锋李镝的(51)Int.Cl.G01S17/95(2006.01)G01S7/48(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种相干多普勒测风激光雷达系统及其控制方法(57)摘要本申请提供一种相干多普勒测风激光雷达系统，包括激光光源、分光器件、聚焦透镜和光电探测器，其中所述系统还包括变焦准直透镜组和光束旋转镜头，所述光束旋转镜头由两枚楔形棱镜构成。本申请还提供一种用于如上所述的相干多普勒测风激光雷达系统的控制方法，所述方法包括同步锁相算法。本申请还提供一种用于如上所述的相干多普勒测风激光雷达系统在测量风场分布中的应用。本申请的有益效果在于测风激光雷达系统结构简单，稳定可靠，可实现测风距离和扫描角度的实时改变，并可在不同测试条件下有效提高测量信噪比，同时延长系统使用寿命。CN108717195ACN108717195A权利要求书1/1页1.一种相干多普勒测风激光雷达系统，包括激光光源、分光器件、聚焦透镜和光电探测器，其中所述系统还包括变焦准直透镜组和光束旋转镜头，所述光束旋转镜头由两枚楔形棱镜构成。2.如权利要求1所述的相干多普勒测风激光雷达系统，其特征在于，所述变焦准直透镜组由两块非球面透镜组成，且其中一块非球面透镜构造成能相对于另一块非球面透镜沿着光轴方向移动。3.如权利要求1所述的相干多普勒测风激光雷达系统，其特征在于，所述两枚楔形棱镜都包括位置编码器。4.如权利要求1所述的相干多普勒测风激光雷达系统，其特征在于，所述相干多普勒测风激光雷达系统整体安装在风机轮毂内部，且跟随轮毂同步旋转。5.如权利要求1所述的相干多普勒测风激光雷达系统，其特征在于，激光雷达自身包含旋转扫面机构，保证获取风轮前方风速的数据刷新速率满足1Hz～100Hz要求。6.如权利要求1所述的相干多普勒测风激光雷达系统，其特征在于，还包括用于获取雷达实时工作状态信息的传感器。7.如权利要求1所述的相干多普勒测风激光雷达系统，其特征在于，所述传感器包括下述中的一种或几种：编码器、加速度传感器、重力传感器和地磁传感器。8.一种用于如权利要求1-7中任一项所述的相干多普勒测风激光雷达系统的控制方法，所述方法包括同步锁相算法，所述同步锁相算法包括下述步骤：(1)通过九轴传感器读取旋转轴；(2)将三维数据加速度数据映射到垂直于旋转轴的平面；(3)将静止时加速度映射到垂直于旋转轴的平面；(4)计算静态时加速度和动态时加速度的角度差；和(5)通过低通滤波更新棱镜旋转角。9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，通过调节光束旋转镜头的棱镜旋转速度，保持测风扫描速度恒定。10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，当检测到风机风轮停止旋转时，旋转透镜也停止工作，并将锥角归零，使雷达直视风轮前方。11.一种如权利要求1-7中任一项所述的相干多普勒测风激光雷达系统在测量风场分布中的应用。2CN108717195A说明书1/4页一种相干多普勒测风激光雷达系统及其控制方法技术领域[0001]本申请涉及一种激光雷达探测技术，具体涉及一种相干多普勒测风激光雷达系统及其控制方法。背景技术[0002]相干激光雷达是测量风场分布的有效手段。利用激光的多普勒效应，测量激光在大气中传播时，受到空气中的灰尘、水滴等悬浮颗粒后向散射产生的多普勒频移，能够测量和推算空间风速的分布情况。[0003]对于风向及风速的及时预测，可以传递给风机的控制系统以对风机位置进行相应的调整，风机可以更有效地利用风能并高效地产出能源。根据不同的风况调整风机的状态，在达到最大能源输出效率的同时，可以最大限度地降低动态载荷。[0004]连续波(CW)相干激光雷达是测量风场分布的经济且可靠的手段，具有较高的探测灵敏度，较高的时空分辨率，并有很强的晴空探测能力，可实现对大气三维风场的准确探测，已经在气象、民航、军事等方面得到了广泛应用。但是，在使用现有的相干多普勒激光雷达系统测量风速时，存在以下几个问题：[0005]1、相干激光雷达系统的探测目标为空气中的悬浮颗粒，而回波信号的强度和多普勒频移随目标的距离、径向运动速度以及天气情况等的不同会产生明显差异，因此需要在不同的背景条件下实现对运动目标多普勒信号的高灵敏度探测，并保证探测信号的信噪比，获取准确的测风数据。[000