移动多普勒激光雷达风场反演技术：光束扫描误差分析

"移动式多普勒激光雷达光束扫描及风场反演技术研究" 本文主要探讨了移动式多普勒激光雷达在外场实验中所面临的技术挑战和解决方案，特别是针对测量坐标系变换和光束指向误差对风场反演的影响。在移动平台上使用多普勒激光雷达进行风场测量时，由于平台的随机运动，测量坐标系往往不再与地面参考坐标系保持一致，这给三维风场的精确反演带来了复杂性。为解决这一问题，研究者提出了一种三维空间坐标旋转变换的方法，建立了测量坐标系与地面参考坐标系之间的一般关系式，进一步推导出反演三维风场的通用公式。 此外，文章还关注了光束扫描过程中的定向误差问题。在实际操作中，由于二维扫描仪的加工精度限制，光束方向可能出现偏差，从而影响风场测量的准确性。通过Monte-Carlo模拟方法，研究人员定量分析了光束指向偏差对风场测量误差的影响。研究表明，当水平风速为100 m/s时，1°的光束定向误差可导致水平风速大小误差为0.712 m/s，方向误差为0.704°。这些结果与理论计算相符。理论分析还表明，当水平风速同样为100 m/s时，1°的光束最大定向偏差可能引起水平风速大小的最大偏差达到1.16 m/s，方向最大偏差为1°。 这项研究揭示了移动式多普勒激光雷达在实际应用中必须考虑的重要因素，即坐标系变换和光束定向误差的校正。这对于提高风场测量的准确性和可靠性具有重要意义，对于气象监测、大气科学研究以及风能评估等领域具有广泛的应用价值。通过改进扫描仪的精度和优化坐标变换算法，可以进一步提升移动式多普勒激光雷达在风场测量中的性能。