風速ライダー

風速ライダーの重要な役割
風ライダーの主な用途の 1 つは、大気の監視です。 風力ライダーは、風速と風向を感知することで、汚染物質の拡散と山火事の拡大に関する重要なデータを得ることができます。 また、気団の追跡や気象傾向の予測にも使用できます。 風ライダーは、大気監視と風速検出に効果的な技術です。 その精度、非侵入性、さまざまな高さでの風のパターンを監視できる能力により、風力エネルギー、航空、天気予報を含む多くの産業で重要なコンポーネントとなっています。 技術が進歩するにつれて、大気の監視と分析のための、ますます高度で独創的なソリューションが期待できます。 短距離連続波コヒーレント レーザー レーダー (ライダー) は、風洞の標準コンポーネントとして使用できるよう、高性能風洞でテストされています。 低速領域と高速領域の両方で、基準測定値との非常に良好な相関関係が見つかりました。 さらに、さまざまな視線方向がテストされ、
単純な幾何学的補正を考慮すると、非常に良好な相関関係が再び見つかりました。 これらの測定結果はすべて、ライダーの高精度を実証しており、風洞内の LDA やその他の標準機器を補完する短距離ライダーの将来の可能性を示しています。

風速ライダーデータ品質のプレゼンテーション
LIDAR データの品質は、検出チェーンの固有の避けられないノイズ レベルに対するヘテロダイン後方散乱ドップラー信号の相対強度の尺度である LIDAR 搬送波対雑音比 (CNR) の観点から定量化できます。 CNR に影響を与える要因は、ライダーと大気の特性に関連しています。 パルス風ライダーの場合、CNR はエアロゾル断面積に比例し、最長の測定距離では測定範囲の 2 乗に反比例します。 したがって、一定の CNR 値を使用して測定値をフィルタリングすると、利用可能な風力データは測定範囲とともに減少します。 風力ライダーの性能に影響を与える 4 つの最も重要な大気要因は、エアロゾル後方散乱、大気の屈折乱流、相対湿度、および降水量です。 空気がきれいな場合 (エアロゾル濃度が低い場合)、パワー スペクトル測定から取得された風データは、一般に低い CNR 値に関連付けられます。

風速ライダーで計測した最大突風
突風の標準運用測定値は、高時間分解能の風速計測定値から計算され、標準突風継続時間は 3 秒の移動平均で定義されます。 我々は、より低い時間分解能で得られたライダー突風測定値をスケーリングするための理論的アプローチを提示し、突風継続時間の範囲にわたって音速風速計からの高分解能測定値と一致することを示します。 それは、ライダー測定からの突風の最大値、したがって突風係数が音速風速計からの値よりも全体的に高いことを強調しました。 この偏りには多くの理由があります。 主な理由は、風力ライダーは空間的に離れた 4 つの視線からの測定値を組み合わせているのに対し、音速風速計の測定は点測定であるためです。 したがって、ライダー測定は、空間的に分布した風場の平均を効果的に提供します。 さらに、音速風速計データの移動平均（76 回の観測、3.8 秒にわたる平均）を導入しましたが、ライダー突風は 1 つの時間平均値のみを表します。 これは、音速風速計の結果と比較して、LIDAR 突風はデータ内で単一の非現実的な高い値が発生する傾向が高いことを意味します。 ここでは、音速風速計で確実に測定されるのと同じようにライダー測定から突風を推定し、マストの測定高さを超える最大風速の観測を拡張する方法を開発します。

風速ライダーのサンプリング範囲
レーザーパルスが空気中の塵粒子から散乱するときの周波数シフトを検出することで風速を測定します。 この散乱光が検出器に戻るまでの時間を測定することにより、この技術により広範囲の風速プロファイリングが可能になります。 ただし、この大規模なサンプリングには測定精度が犠牲になります。 レーザーの移動時間を測定するには持続時間の短いパルスが必要ですが、短いパルスは所定のレーザー出力に対して送信する総エネルギーがほとんどなく、このエネルギーは必然的に広い周波数範囲に分散されます。 Lidar テクノロジーは、設置が簡単で、さまざまな風力エネルギー測定のニーズに対応できます。 垂直プロファイリング LIDAR は、さまざまな地域で収益性の高い風力資源評価 (WRA) キャンペーンに採用されており、パルス LIDAR の利点は多くの商用キャンペーンで十分に文書化され、検証されています。 これらすべてのシナリオは、LIDAR の操作能力と精度のおかげで、測定の不確実性の低減に貢献します。

風速ライダーリモートセンシングシステムの重要性
LIDAR システムはリモート センシングが可能です。つまり、風に物理的に接触することなく、離れた場所から風速を測定できます。 この機能により、LIDAR をトラックやマストなどのモバイル プラットフォームに取り付けることができ、さまざまな場所に簡単に移動して、多用途の風力測定キャンペーンを行うことができます。 従来の風速計は通常、固定設置されており、風の通り道に設置する必要があります。 それらの測定値は、風速計の特定の高さと位置における局所的な風の状態を表します。 風力ライダー システムは、広範囲かつさまざまな高度での風のプロファイルを同時に測定できます。 これは、風力発電所の設置と最適化にとって重要な、大気中のさまざまな高さでの風の状態を理解するのに特に役立ちます。 ただし、風速計は点での測定を提供するため、設置された高さに制限されます。