StreamLine 3D 掃描光達

HALO Photonics成立於2005，採用先進光學技術和全套設計方法，加強模組化發收器與訊號接收處理演算能力，打造新一代高性能、人眼安全（Class1M）等級光達剖風儀。精準、可靠耐用、低維護成本、以低耗能、較小尺寸, 較輕重量，專為戶外長期或短期或車載觀測使用，輕鬆搬運容易安裝，克服人力需求，惡劣偏遠環境的限制；Halo已經在世界各地氣象單位、大氣氣候、雲物理研究機構、學術單位、空氣汙染、風能應用和機場飛安等等應用使用了數百套StreamLine系列光達。

表現卓越的穩定性，連續和無須人員看守的操作模式，典型應用包括行星邊界層風速剖面、煙流擴散、複雜流場分析，雲層研究、雲底測量以及陣風和空氣質量監測….等等。

特色

• Halo StreamLine Pro 都卜勒脈衝剖風光達系統是最早(2005九月起)應用於氣象單位做行星邊界層垂直風速剖面長期連續觀測。
• 最多氣象單位，大氣氣候相關學術及研究單位做長期或短期觀測與現行主流氣象觀測儀器設備比對，驗證發表於各氣象相關期刊。
• Halo Stream Lidar系列最多光達機種選擇,測距從400m到15公里。
• 3D全天掃描儀具有全半球掃描能力和綜合客製化模式任意掃描模式滿足各種觀測需求。
• 提供測量距離和時間分辨的徑向風速、衰減回波係數和以及具有用戶可選分辨率的信號雜訊比(SNR)值。
• 原始平均數據可以記錄（距閘及非距閘型檔案），允許重新分析非距閘型資料檔的時間及距離解析 。
• 距閘範圍從18m ~ 120m可自選，具有距閘重疊3m解析功能。   
• StreamLine XR 重量 85kg，尺寸: 63×53×40 cm 。
• 電力消耗: 24V DC 150W，可選配額外340W 使操作溫度到 45C° 。          

Halo 光達量測原理簡介

Halo StreamLine Lidar都卜勒脈衝剖風光達是一種能動的遙測感測儀，測量距離和時間分辨的徑向風速、衰減回波係數和信號雜訊比(SNR)值。

    光達的量測原理是將短的脈衝紅外線雷射光束波長1.5um發射到大氣中,藉由空氣中的懸浮氣溶膠或雲中粒子散射,有一小部分光束反射到收發器,收發器收集此一能量及記錄時間分辨信號.根據發射脈衝和回波信號之間的時間延遲，儀器可推估收發器到散射體積間的距離。

    利用同相位偵測技術測量回波信號的都卜勒頻移,使用外差方法將回波信號與本地振盪器一已知頻率的參考光束混合來作計算,內部的信號處理器會根據混合信號的頻譜來演算都卜勒頻移頻移。用都卜勒頻譜的峰值來決定都卜勒頻移和徑向風速值,可由都卜勒光譜能量含量來確定衰減的回波值.

  大氣邊界層中氣膠濃度很充足,可以確保信號雜訊比(SNR)良好的品質，提供光達準確地測量徑向風速,所以通常有效數據會僅限於氣溶膠無處不在的大氣邊界層中大約3km 範圍;但有時候,隨著對流氣膠溶層的升高區域或邊界層上方的可穿透的薄雲中獲得有效測量的提高。大多數Halo StreamLine光達有完整的上半球掃描能力，能夠測量大氣邊界層中亂流的 3D剖風圖。將掃描儀設定垂直指向時，提供垂直速度的高度和時間分辨測量.

測量模式

Halo 剖風光達具有 step/stare 與 CSM(連續模式) 方便客戶使用各種掃描方式做3D風速剖面觀測。

徑向風速Vr演算:

以 VAD掃描為例，下圖以n=12光束示意，實際發射24光束，

若Vr方位角為 α 與Z軸角度ψ  高度角ɛ  △r脈衝長度   R沿徑向距離

假設水平風場均勻平穩 : u(x,y,z,t) ≈ u(z), Vr=( R,α,t )

高解析數據與數據可用性

自2006年九月開始 一台Halo StreamLine Pro 1.55 um波長的光達每天在英國Chilbolton氣象站持續運行自動,大多數時間是垂直指向的,但每隔10 分鐘，會以 24個光束，分布方位角每一15度，垂直方向偏角15度進行一次VAD錐形體掃描。系統資料每天自動更新一次，系統後來升級為雙偏極化光達。