风切变是一种大气现象，指的是在空间两点之间风的矢量差，即在同一高度或不同高度短距离内风向和风速的变化 [1] 。低空风切变是离地六百米以下风速、风向在空间上快速变化的现象。主要由锋面、逆温层、雷暴、复杂地形地物和地面摩擦效应等因素引起。它不仅能使飞机航迹偏离，而且可能使飞机失去稳定，如果驾驶员判断失误和处置不当，则常会产生严重后果，是威胁航空飞行安全的隐形杀手，一直以来都是民航领域关注的重点 [2] 。

风切变的强度采用国际民用航空组织建议的强度标准来衡量 [3] [4] 。低空风切变的探测和预警，可通过多种设备和技术来实现，如多普勒天气雷达、风廓线雷达、激光测风雷达等 [5] [6] 。近年来，激光测风雷达逐渐成熟并成为风场探测的重要设备。相比多普勒天气雷达、风廓线雷达，激光测风雷达具有灵敏度高、性能全面、功能强大等优点 [7] 。

本文使用的是风采-Ⅲ型三维激光测风雷达。该雷达采用相干、全光纤和多普勒脉冲体制，主要测量雷达最大探测范围内机场上空及周边环境的风场信息，并根据测量数据实时反演出测量空域的风场信息，还可监测600 m高度下的风场廓线波动情况 [8] [9] ，并对飞机安全至关重要的下滑道风场进行实时监测，为飞机起飞及降落提供短时大气风场信息，对危害天气作出预警，以保证飞机的起降飞行安全 [10] [11] [12] 。

大气气溶胶或悬浮微粒的群速度反映了大气风速。基于脉冲激光相干探测技术的激光多普勒测风雷达，是一种利用大气气溶胶对激光散射回波的多普勒频移效应，来间接测量大气风场结构分布的新型光电遥测设备 [13] [14] 。

激光测风雷达通过接收带有多普勒频移的散射光回波，对其进行光电转换和信号处理，从中检测出多普勒频率，最终计算出激光视线方向上的风速。其物理过程如 图1 所示。

激光测风雷达向空中发射激光脉冲，沿脉冲传播途径上的运动粒子会对激光脉冲产生散射效应，同时粒子的运动群速度引起散射光的多普勒频移，激光视线方向的风速与多普勒频移有固定关系：

$\Delta f_d=\frac{\pm 2v}{\lambda }$，其中 $\Delta f_d$为多普勒频移， $v$为径向速度， $\lambda$为测量激光波长。

为了有效保障飞机的安全起降，激光测风雷达具有风廓线探测模式、扫描探测模式(含RHI、PPI、CAPPI探测模式)、综合扫描模式和飞机起降通道等不同的扫描模式。风廓线扫描模式、PPI模式和飞机起降通道模式具备风切变监测、预警功能，可对严重危害飞机起降的风切变进行预警。

激光测风雷达主要由雷达主机和上位机两部分组成。 图2 为雷达主机和上位机的连接示意图。

雷达主机与上位机之间数据通信及控制采用以太网及RS422通信口连接，分别实现数据通信及扫描平台控制。

雷达主机供电为220 V、50 Hz电源。

激光测风雷达的功能组成框图如 图3 所示。

激光测风雷达主机结构为小型紧凑一体化的二轴扫描转动平台，由扫描球和支撑单元组成。整机高度约800 mm，扫描球外径Φ 410 mm。 图4 为激光测风雷达主机外形设计图。扫描球由整体浇铸的球壳、内部的雷达光电组件组成。其中球壳前后各1/3部分可以拆卸，便于装调与维修，前部分半球有一φ 107 mm保护玻璃窗口，为激光输出窗口，后部分半球上安装有抽气嘴，内部为气密状态。

技术体制：雷达采用脉冲相干体制。激光波长：1550 nm ± 10 nm。数据获取率 ≥ 70% (600 m高度以下径向5000 m内)。工作温度范围：−20℃~55℃。供电：220 V/50 Hz。功耗 ≤ 300 W (平均功率)。主机外形尺寸 ≤ Φ 450 mm × 700 mm。主机重量 ≤ 100 kg。

激光测风雷达控制终端软件界面包括控制按钮、状态提示灯，菜单栏的设置按钮，雷达的显示切换按钮，雷达角度显示等。本节叙述了各部分的基本操作与功能。

激光测风雷达为机场配套设备，通过扫描球底部的机械安装接口按照规定的北向方位固定在机场报道附近。

如 图6 所示，激光测风雷达供电为220 V、50 Hz市电，通过一根供电电缆进行供电；数据通信电缆一根，包含网口和422数据接口，通过网口向指挥中心传输数据产品，通过422接口连接上位机，利用上位机实现对激光测风雷达的控制。同时，激光测风雷达还具有组网扩展功能。在需要的情况下，可以通过交换机连接网口，与其他上位机或数据终端组成局域网，通过交换机实现数据产品的分发与共享，为需要风场数据的决策部门提供快捷的信息支持。

使用维修中的限制和注意事项如下：

1) 不要将激光光束直接照射人眼；

2) 在观察到激光测风雷达窗口有灰尘、模糊不清等情况时应及时进行清洁。清洁时应先用洗耳球吹去玻璃表面较大的浮尘，再用棉花蘸无水乙醇由中心向外螺旋状轻轻擦拭。

随着气象事业的现代化水平快速提升，激光测风雷达实现了较高的数据刷新率，能够对机场上空的风场变化进行实时监测及预报。工作模式相互补充，可获得飞机起降所必须的下滑道侧风、迎头风，风切变指数等，为飞机起降安全提供有力的数据支持，在出现侧风过大，风切变指数大等对飞机起降有危险的大气风场情况时，可立刻进行告警。本文详细介绍该设备的工作原理、主要性能、设备组成、扫描模式等，为用户日常管理维护和故障排除提供经验和借鉴。