基于FP标准具的多普勒测风激光雷达数据精准分析与误差评估

本文主要探讨了基于法布里珀罗（Fabry-Perot，FP）标准具的测风激光雷达（Doppler Wind Lidar，DWL）的数据采集和分析方法。法布里珀罗标准具是一种光学器件，通过其稳定的干涉模式，能够精确测量多普勒频移，进而获取风速和风向信息。DWL作为一种先进的风速和风向探测技术，结合了激光雷达的高精度和多普勒效应的敏感性，能在不同海拔环境中进行实地风场探测。 文章首先介绍了DWL的基本工作原理，包括利用多普勒效应测量目标物体移动产生的频率变化，通过法布里珀罗标准具的干涉效应，将这些频率变化转化为风速和风向数据。接着，作者详细描述了DWL的结构组成，包括光源、调制器、接收器、以及数据处理模块等关键部分，并给出了系统的各项参数设置。 在实测应用方面，文中对比了该DWL与风廓线雷达（Wind Profiler Radar，WPR）在低空环境下的探测数据，发现风速偏差范围在0.1~1.2 m/s，风向偏差在1°~9°，显示出良好的一致性。同时，与气球探空仪在高空的对比实验也得到了类似的结果，即风速偏差在0.1~2 m/s，风向偏差在1°~12°。这些结果证明了DWL在不同高度层具有较高的精度和稳定性。 文章进一步深入分析了影响DWL数据精度的关键因素，如光束入射角、发散角、信噪比和探测器性能。通过标准具透射率扫描的拟合曲线，研究人员计算出该DWL的实际探测偏差值相对于理论值有2.07%的误差，这表明在实际操作中，需要充分考虑这些因素以优化测量精度。 总结起来，本文通过实例验证了基于法布里珀罗标准具的测风激光雷达在风场探测中的有效性和准确性，同时揭示了影响其精度的关键因素，为今后提高DWL性能提供了重要的理论依据和技术指导。这项研究对于气象观测、风能开发、大气科学研究等领域具有重要意义。