声雷达测风仪：风的精密探测技术

虽然同样应用声学原理，但是声雷达（SODAR)测风仪与超声波测风仪在测量的空间尺度上差异巨大，声雷达测风仪观察的是更大尺度的风流结构。

超声波是在距离很近的超声波脉冲发生器和接收器之间应用声学原理，来研究风流结构的。声雷达测风仪采用一体的接收器和发生器，并应用远程背闪射，对更大尺度的风流结构进行研究。声雷达测风仪样式如图8-18所示。

声雷达技术基于定向的短波窄声束脉冲的闪射。脉冲通过地面的声学天线发射。当存在小尺度的声音折射系数改变时，就会发生声闪射。声音折射系数的改变是由于温度场的不均一性，而不均一的温度场正是大气流动的驱动力。由于多普勒效应^[2]，背闪射信号的频率与发射的脉冲频率有差异。频率的漂移与沿着声音传播路径上的风速直接相关，而天线可以探测这种频率的漂移。通过应用多个分别对准不同的方向的天线，就可以获得风矢量的三维数据了。可以根据传播时间，把接收到的声音信号的频率分配到某一高度，因此可以同时测量多个高度的风数据，获得垂直的风轮廓曲线。

风能应用一般对20～150m高度的风数据感兴趣，可以使用微型声雷达测风仪覆盖这一高度范围。这种微型声雷达测风仪的运行频率一般为4～6kHz（听觉范围)，可以提供连续的风轮廓信息，并具有较好的时间（每秒)和空间分辨率（5～10m)。

图8-18 SecondWind声雷达测风仪(www.xing528.com)

典型的声雷达测风仪测量风速的不确定度约为2%～4%。可以通过与同一高度的测风塔数据进行交叉比对降低不确定性。

声雷达测风仪的最大优点是能够定义风轮廓曲线，且测量高度更高。用普通的测风塔实现这一性能的成本可能是难以接受的。声雷达测风仪还非常方便移动，短期风数据测量的成本优势尤为明显。测风塔的安装可能需要地方政府的许可（征地等)，而声雷达测风仪则一般不需要。作为远程测风仪器，声雷达并不像测风塔那样扰动风流。

声雷达测风系统在风能领域的应用尚不普遍。对于小型风力发电机来说，成本较大，且可选的供应商不多。可移动性也使声雷达测风系统容易被盗窃。放置在地面上，使得天线很容易损坏。因此，声雷达测风系统不太适合长期的、无人照管的风数据采集。

虽然声雷达测风系统很容易移动，但是需要一个稳定的平台。声雷达测风系统可用于海上大型风电场的测风工作，但是不能简单地放置在船上。另外，声雷达测风系统的频率在听觉范围内，在某些情况下也会是缺点。最后，与超声波测风仪一样，声雷达测风系统测量的数据也并不符合风资源评估和风力发电机功率性能评估的平均风速的定义。