激光雷达技术

  • 激光雷达探测原理及特点

    激光雷达探测原理及特点

    大气风场是大气循环、物质输运及各种尺度天气现象的主要动力。在航空领域、风电能源领域和气象环保领域,获得精确的大气风场都有很重要的意义。相干测风激光雷达是一种非接触测量、不干扰目标运动、时空分辨率高、测量精度高和量程大的雷达系统,属于主动式遥感,能够实时和全天时测量三维大气风场。

    测量原理:

    相干测风激光雷达系统包括激光发射系统、光学接收系统和信号采集处理器三部分。发射系统将激光发射到大气中,与气溶胶相互作用后产生回波信号,由光学天线接收后,送到信号采集系统进行数据采集和处理,通过谱峰检测回波信号的多普勒频移信息,进而反演水平风场。

    测风激光雷达系统原理图


    优势和特点:

    与传统的风场测量手段,测风激光雷达有以下优点:

           ●超高时空分辨率高

           ●干洁大气中观测不受限制

           ●探测精度高

           ●可提供多种扫描模式

           ●体积小,重量轻,功耗低,方便在野外环境建站及转场运输

           ●性能稳定,便于维护

           ●远程联网数据获取及设备监控

  • 机场风切变

            夏秋时节,天气变化无常,近期的新闻中,经常会有飞机航班起降阶段遇险,经过机组努力转危为安的消息,这些新闻中除了机组的沉着冷静,飞机上乘客的大难不死之外,大家最关注的就是一个陌生的词汇--“风切变”,今天我们就来聊一聊这个风切变。风切变,英文叫windshear,意思是风的速度和方向突然改变,风切变可分为水平风的水平切变、水平风的垂直切变、垂直风的切变;产生风切变的原因主要有两大类,一类是大气运动变化所造成的,地球大气受太阳照射积聚能量,能量不均匀产生大气的流动,形成风。受地面性质、地形、地球自转等诸多因素的影响,风力和风向不断变化;另一类则是由地理、环境因素或高大建筑物等造成。在高山的背风面经常会出现气流的滚动,就像瀑布下的水流,会有极大的力量将水流中的物体拉入水底。冷热空气交汇也可以导致风切变,比如冬天冷空气前锋附近,往往会有强风切变。


             造成这次事故的风切变现象,很有可能是水平风切变或是微下击暴流。


           水平风切变对飞机飞行安全有巨大威胁。飞机是靠机翼与空气相对运动来产生升力的,因此飞机飞行中最怕突然出现的强顺风。比如A320这类的民航客机降落或是起飞的速度大概150节左右,相当于每小时290公里。如果在快靠近地面时飞机附近突然来了一阵10级顺风,机翼上气流的速度瞬间就会变成原来的60%,升力和机翼的相对气流速度平方成正比,于是飞机会突然损失六成升力,迅速下坠,如果无法及时处置,极易造成机毁人亡的惨剧。相对来讲,高空发生的风切变反而不是那么可怕,因为即使飞机突然失去升力,也有足够的时间和空间在下降的过程中对飞机的航向、姿态、速度等进行及时调整,避免坠机事故,而乘客的感知也只不过是飞机的抖动,颠簸而已。

            风切变中,对飞行安全威胁最大的是“微下击暴流”。简单说就是让飞机先顶风瞬间转成顺风的下沉气流。一个微下击暴流波及范围足以覆盖一个机场。在起降阶段,飞机如果遭遇微下击暴流,就会产生剧烈颠簸,甚至可能导致坠机。真正的杀手不是“下降气流”,而且风向的骤然转变。



             从上世纪60年代至90年代,全世界已经有多起因为风切变导致的飞机坠毁事故,机组和乘客伤亡惨重。
             从上世纪90年代开始,更强大的机载和地面多普勒气象雷达,以及综合的机上风切变预警系统,已经让飞行员比以往更容易避开危险的风切变。 
             这些技术的普及,让风切变造成机毁人亡的事故已经从过去几乎年年发生,减少到十年一遇的水平。但是,就像夏季的强对流天气一样,类似于“微下击暴流”的小尺度风切变,依然难以准确预测。特别是在夏秋两季,强对流天气多发,机场有时候会在运行条件的边缘徘徊,机场上空的风场情况瞬息万变,正常起降都会存在一定的安全风险,即使对于经验丰富的机组来说也是重大的技术挑战。但是这时空管、机场、航空公司、飞行员等方面也并非束手无策,引进一台扫描型的多普勒激光雷达便是最佳的选择,镭测创芯出品的Wind3D6000型三维扫描测风激光雷达可以精确实时的观测到全圆周范围的三维风场情况,覆盖的面积超过100平方公里,这些风场的数据可以精准的描述整个机场范围的大气运动情况,让不论水平还是垂直的风切变以及飞行员们谈及色变的下击暴流无所遁形,机场的塔台系统可以参考这些直观的风场数据快速做出决定,让飞机在安全的大气条件下进行起飞或者降落,直接消灭因为风切变引起事故的隐患。




             不久的将来,镭测创芯推出的探测距离更远的三维扫描测风激光雷达除了探测距离更远外还将更加精确,可靠和易用,会在更大的范围确保飞行器的飞行安全,全力助力航空业的发展,使我们的出行更加安全可靠和舒适!