在氣象觀測中,地面風(fēng)速和風(fēng)向一直都是最基本的觀測要素。針對目前傳統(tǒng)的測風(fēng)設(shè)備部件極易損壞、多普勒測風(fēng)雷達(dá)造價過高難以推廣的問題,本篇文章提出了一種基于CCD的側(cè)向散射激光雷達(dá)用于風(fēng)速測量研究,建立了徑向風(fēng)速與大氣氣溶膠濃度的關(guān)系模型,并對其進(jìn)行驗(yàn)證及影響因素分析。具體研究如下:（1）針對研究課題對選題背景進(jìn)行了簡述,介紹了風(fēng)速測量的幾種方法及其工作原理,隨后闡述了激光雷達(dá)及其在大氣探測領(lǐng)域的應(yīng)用和大氣氣溶膠濃度與風(fēng)速關(guān)系的研究等方面在國內(nèi)外的研究進(jìn)展。（2）介紹了基于CCD側(cè)向散射激光雷達(dá)進(jìn)行風(fēng)況研究的相關(guān)理論基礎(chǔ),闡述了大氣氣溶膠對激光的散射特性。針對文本研究內(nèi)容,介紹了Mie散射理論及激光雷達(dá)方程,結(jié)合風(fēng)速對大氣顆粒物濃度的影響,說明了CCD側(cè)向散射激光雷達(dá)進(jìn)行測風(fēng)實(shí)驗(yàn)的原理。（3）提出了一種基于CCD側(cè)向散射激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行測風(fēng)實(shí)驗(yàn)研究,首先根據(jù)Mie散射理論以及側(cè)向散射激光雷達(dá)方程驗(yàn)證近地面氣溶膠濃度與側(cè)向散射光強(qiáng)分布總值存在線性關(guān)系的結(jié)論,隨后利用探測裝置采集回波信號圖并提取出光強(qiáng)信息,通過與監(jiān)測地點(diǎn)的實(shí)時風(fēng)速值進(jìn)行對比,建立起光強(qiáng)分布總值與風(fēng)速值的關(guān)系模型,繼而得到風(fēng)速與大... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：51 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

機(jī)械式測風(fēng)設(shè)備裝置圖

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2常因缺少替換設(shè)備導(dǎo)致對風(fēng)力資源的利用率降低。超聲波測風(fēng)儀依靠超聲波傳感器對風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測，因此超聲波測風(fēng)儀的使用壽命及其測量精度主要取決于傳感器設(shè)備。由于無需旋轉(zhuǎn)部件，超聲波測風(fēng)儀很好的克服了傳統(tǒng)機(jī)械式測風(fēng)儀普遍存在的機(jī)械部件磨損的現(xiàn)象。并且超聲波風(fēng)速儀利用傳感器采集的信號經(jīng)過信號處理后，能夠反映出比機(jī)械式測風(fēng)設(shè)備更為準(zhǔn)確可靠的風(fēng)速信息。但超聲波測風(fēng)儀并不是完美無缺的，其整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價格昂貴[7]，并且會因惡劣天氣導(dǎo)致測量誤差變大，因此一直未能被廣泛應(yīng)用于氣象領(lǐng)域。目前采用超聲波測風(fēng)儀對風(fēng)速進(jìn)行測量主要基于的原理是時差法[8-9]，其工作原理如圖1.2所示。超聲波測風(fēng)儀所采用的時差法是通過其傳感器的正、逆電壓效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高頻聲能和電能之間的相互轉(zhuǎn)換，通過檢測信號之間的時間差來測量風(fēng)速。圖1.2超聲波測風(fēng)儀的工作原理多普勒測風(fēng)雷達(dá)的核心思想在于頻率估計(jì)技術(shù)，通過提取出激光散射回波信號來對風(fēng)速進(jìn)行測量。在測風(fēng)雷達(dá)中使用的多普勒效應(yīng)原理如圖1.3所示[10]，當(dāng)激光測風(fēng)雷達(dá)對風(fēng)場進(jìn)行風(fēng)力監(jiān)測時，裝置首先會向大氣中發(fā)射脈沖激光信號，大氣中的顆粒物[11]（包括氣溶膠以及大氣分子等）與激光雷達(dá)的信號源產(chǎn)生了一個相對位移，從而導(dǎo)致了出射激光與雷達(dá)接收到的回波信號之間產(chǎn)生一個頻率差，這個頻率差可以直接反映出二者之間運(yùn)動速度的關(guān)系。圖1.3激光測風(fēng)雷達(dá)中的多普勒效應(yīng)示意圖此處提到的風(fēng)速測量指的是風(fēng)場相對于測風(fēng)雷達(dá)的徑向風(fēng)速。獲取三維風(fēng)場信息，還需要在獲取多個相鄰方向的徑向風(fēng)速信息后，采用VAP(VelocityAzimuthProcessing)，VAD，渦度-散度算法等對風(fēng)場信息進(jìn)行反演[12]。多普勒激光測風(fēng)雷達(dá)不僅完美的克服了傳統(tǒng)機(jī)械式測

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2常因缺少替換設(shè)備導(dǎo)致對風(fēng)力資源的利用率降低。超聲波測風(fēng)儀依靠超聲波傳感器對風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測，因此超聲波測風(fēng)儀的使用壽命及其測量精度主要取決于傳感器設(shè)備。由于無需旋轉(zhuǎn)部件，超聲波測風(fēng)儀很好的克服了傳統(tǒng)機(jī)械式測風(fēng)儀普遍存在的機(jī)械部件磨損的現(xiàn)象。并且超聲波風(fēng)速儀利用傳感器采集的信號經(jīng)過信號處理后，能夠反映出比機(jī)械式測風(fēng)設(shè)備更為準(zhǔn)確可靠的風(fēng)速信息。但超聲波測風(fēng)儀并不是完美無缺的，其整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價格昂貴[7]，并且會因惡劣天氣導(dǎo)致測量誤差變大，因此一直未能被廣泛應(yīng)用于氣象領(lǐng)域。目前采用超聲波測風(fēng)儀對風(fēng)速進(jìn)行測量主要基于的原理是時差法[8-9]，其工作原理如圖1.2所示。超聲波測風(fēng)儀所采用的時差法是通過其傳感器的正、逆電壓效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高頻聲能和電能之間的相互轉(zhuǎn)換，通過檢測信號之間的時間差來測量風(fēng)速。圖1.2超聲波測風(fēng)儀的工作原理多普勒測風(fēng)雷達(dá)的核心思想在于頻率估計(jì)技術(shù)，通過提取出激光散射回波信號來對風(fēng)速進(jìn)行測量。在測風(fēng)雷達(dá)中使用的多普勒效應(yīng)原理如圖1.3所示[10]，當(dāng)激光測風(fēng)雷達(dá)對風(fēng)場進(jìn)行風(fēng)力監(jiān)測時，裝置首先會向大氣中發(fā)射脈沖激光信號，大氣中的顆粒物[11]（包括氣溶膠以及大氣分子等）與激光雷達(dá)的信號源產(chǎn)生了一個相對位移，從而導(dǎo)致了出射激光與雷達(dá)接收到的回波信號之間產(chǎn)生一個頻率差，這個頻率差可以直接反映出二者之間運(yùn)動速度的關(guān)系。圖1.3激光測風(fēng)雷達(dá)中的多普勒效應(yīng)示意圖此處提到的風(fēng)速測量指的是風(fēng)場相對于測風(fēng)雷達(dá)的徑向風(fēng)速。獲取三維風(fēng)場信息，還需要在獲取多個相鄰方向的徑向風(fēng)速信息后，采用VAP(VelocityAzimuthProcessing)，VAD，渦度-散度算法等對風(fēng)場信息進(jìn)行反演[12]。多普勒激光測風(fēng)雷達(dá)不僅完美的克服了傳統(tǒng)機(jī)械式測

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于信噪比分析的被動氫鐘輸入功率研究[J]. 章旭暉,沈雷,帥濤.  杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2019(03)
[2]大氣顆粒物來源及特征研究[J]. 尼瑪楚多.  農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技. 2019(08)
[3]風(fēng)向等因素對風(fēng)速計(jì)計(jì)量檢測的影響[J]. 張國城,潘一廷,邢奇鳳.  計(jì)量技術(shù). 2018(11)
[4]空間非均勻環(huán)境中的反應(yīng)擴(kuò)散移流模型[J]. 李冬梅,王陽.  杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2018(06)
[5]基于側(cè)向散射激光雷達(dá)的PM2.5濃度測量誤差[J]. 陳松,胡淼,曾然,李齊良,周雪芳,蔡美伶,聶佳林,汪延安.  光學(xué)學(xué)報. 2017(12)
[6]復(fù)雜地形下激光雷達(dá)測風(fēng)誤差的修正[J]. 李軍,胡非.  可再生能源. 2017(05)
[7]基于CCD近地面大氣側(cè)向散射系數(shù)廓線探測[J]. 吳端法,胡淼,陳松,李齊良,周雪芳,魏一振,宋旸.  光散射學(xué)報. 2017(01)
[8]基于CCD側(cè)向散射激光雷達(dá)的PM2.5濃度測量研究[J]. 胡淼,吳端法,李齊良,周雪芳,魏一振,畢美華,楊國偉,宋旸,李鵬.  光學(xué)學(xué)報. 2016(11)
[9]基于CCD后向散射激光信號的PM2.5測量研究[J]. 胡淼,謝家亮,吳端法,曾嶸,李齊良,周雪芳,錢正豐,魏一振,項(xiàng)震,蔡炬.  光學(xué)學(xué)報. 2015(02)
[10]基于激光雷達(dá)探測的氣溶膠分類方法研究[J]. 曹念文,顏鵬.  光學(xué)學(xué)報. 2014(11)

博士論文
[1]星載激光雷達(dá)輻射傳輸蒙特卡羅模擬[D]. 程晨.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018

碩士論文
[1]基于ARM的超聲波測風(fēng)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D]. 郭銀.南京信息工程大學(xué) 2017
[2]基于Android平臺的煙塵濃度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 肖新.合肥工業(yè)大學(xué) 2012
[3]基于瑞利散射的準(zhǔn)分布光纖溫度報警系統(tǒng)研究[D]. 魏康林.重慶大學(xué) 2002



本文編號：3493920