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激光雷达测量风速原理
2026-01-23
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激光雷达测量风速原理:#

下图为多普勒效应的示意图,用于直观说明相向与同向运动时频率变化的趋势。 实际激光测风雷达中,径向速度通过回波信号与本振光的相干探测获得,其物理本质为电磁波的多普勒频移,而非脉冲前后沿的几何追逐过程

静态:#

测量激光从发出到击中气溶胶再到返回接收到的总时间,记为T,而T/2就是气溶胶距离雷达的距离

径向运动:#

1.相向运动

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在t=0时刻 雷达发出脉冲信号S1,在t0时刻,发出的脉冲信号S1前端首次触碰到气溶胶颗粒,S1前端移动的空间长度为cτ,脉冲信号前端开始反向运动,整个脉冲波也持续开始反向运动。(此处可视作由气溶胶颗粒开始向雷达发出脉冲信号S2)设经过Δt后,S1的后端刚好碰到气溶胶颗粒,因为只要发出的脉冲信号的整条一直在撞击气溶胶颗粒那么就会一直进行反射,当发出脉冲信号S1的后沿击中气溶胶颗粒,那么也说明整个反向运动结束,气溶胶颗粒发出的S2也到了后沿尾端。那么此时S2的前端移动的空间长度是c*Δt,S2的后沿所处位置就是气溶胶颗粒所处的位置,

所以可由雷达所收到的返回脉冲信号的频率来反演出物体的速度

2.同向运动

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致过程与相向运动无异,但在求cτ的公式的时候,因为整个电磁脉冲多走了vΔt,所以在返回的时候会超过雷达多走一个v * Δt的距离,所以cτ就等于返回脉冲S2头部走的距离cΔt,而因为气溶胶颗粒向前跑走的距离=S1与S2多走的一段距离,所以cτ=c *Δt - v *Δt

因为电磁波的脉冲宽度内的周期数不会因为脉冲频率的改变而改变,所以可以用公式f=N/τ,得到频率差和击中目标速度的关系,统一使用相向运动的公式,如果求得v>0则相向,v<0则同向。

激光雷达测量风速原理
https://mizuki.mysqil.com/posts/激光雷达测风相关入门介绍/
作者
雪花沉睡
发布于
2026-01-23
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0

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