Sistema de datos aéreos y métodos ópticos.

Un método para teledetección aérea, que comprende:

generar radiación láser con un láser sintonizable;

dividir la radiación láser en una componente proyectada y una componente de control;

convertir la componente de control en una o más señales de control electrónicas;

proyectar la componente proyectada en el aire para inducir radiación dispersada;

escanear la componente proyectada;

recibir una porción de la radiación dispersada como radiación retrodispersada;

convertir la radiación retrodispersada en una o más señales electrónicas de radiación retrodispersada,incluyendo convertir una porción de la radiación retrodispersada en una señal electrónica retrodispersadasin filtrar, filtrar al menos una porción de la radiación retrodispersada usando un filtro trampa óptico paraformar una porción filtrada, y convertir la porción filtrada en una señal electrónica retrodispersada filtrada;procesar la una o más señales de control electrónicas y la una o más señales de radiación retrodispersadaelectrónica para determinar el desplazamiento Doppler;

en el que la componente proyectada se proyecta a lo largo de al menos dos ejes o al menos tres ejes, en laque el desplazamiento Doppler se determina a lo largo de cada uno de los respectivos al menos dos o almenos tres ejes, y en la que el desplazamiento Doppler a lo largo de cada uno de los ejes se utiliza paradeterminar la velocidad del viento y la dirección del viento;y

un paso adicional seleccionado del grupo consistente del registro periódico de la velocidad del viento paraestudiar el lugar del sistema de energía eólica y proporcionar la velocidad del viento como entrada paradeterminar el paso de la pala para al menos una pala de un aerogenerador.

ANTECEDENTES

Un Sistema de Datos del Aire (“ADS”, por sus siglas en inglés) proporciona telemetría detectada que informa a pilotos, navegantes u ordenadores del Sistema de Gestión de Vehículo de parámetro (s) del aire que afectan a la estabilidad del avión. Estos parámetros del aire incluyen, por ejemplo, velocidad, temperatura y presión del aire, los cuales son útiles para la navegación y el control de vuelo. El ADS existe en muchas formas, por ejemplo, como dispositivo mecánico, optomecánico u optoelectrónico.

Un Sistema Óptico de Datos del Aire (“OADS”, por sus siglas en inglés) usa luz para determinar parámetros de velocidad del aire. El OADS transmite impulsos de luz a la atmósfera y recibe la luz que los aerosoles reflejan o “retrodispersan” hacial avión. Los aerosoles son finas partículas sólidas y/o líquidas suspendidas en el aire u otros gases. El OADS puede también medir el desplazamiento Doppler recibiendo luz retrodispersada y midiendo su frecuencia de retorno para determinar la velocidad. Ciertos OADS de la técnica actual dependen de luz dispersada que es imprevisible debido a las distribuciones de aerosol que varían significativamente con la altitud y el contenido de la nube. Además, algunas regiones de la atmósfera contienen muy pocos aerosoles para permitir mediciones de datos del aire fiables, y OADS de ese tipo no pueden determinar la temperatura o la presión del aire.

Las mediciones de datos del aire con base en tierra pueden también ser de interés en otras aplicaciones como mediciones de viento para la observación y predicción meteorológica y alertas de tráfico.

Las condiciones de viento cerca de los aeropuertos y en rutas de aproximación a los aeropuertos pueden ser de gran interés para los pilotos. En particular, la medición y detección mejoradas de las condiciones de microrráfagas, corrientes descendentes, corrientes ascendentes y cizalladura de viento ha sido de interés ya que una microrráfaga fue la culpable del accidente de un Lockheed L-1011 que intentaba aterrizar en Dallas en 1985. Los aviones son particularmente sensibles a dichas condiciones de viento durante las fases de vuelo críticas de despegue y aterrizaje; es conveniente equipar los aeropuertos con dispositivos para detectar dichas condiciones para que pueda evitarse la destrucción de aviones y la muerte de tripulación y pasajeros.

Las condiciones de viento son a menudo medidas en más de un punto de un aeropuerto en un intento de detectar condiciones de viento potencialmente perjudiciales. Como la cizalladura de viento se caracteriza por una diferencia en las velocidades y direcciones del viento con la altitud, es también conveniente medir las condiciones de viento a varias altitudes y no sólo cerca de la superficie.

La fiscalidad y otros incentivos decretados por los Estados Unidos y varios estados han incrementado el interés por obtener energía eléctrica de fuentes de energía renovables, incluyendo sistemas de energía eólica. Las mediciones detalladas de la velocidad del viento, la temperatura y turbulencia del aire e información similar en la superficie y a altitudes a unos pocos cientos de metros de la superficie tienen utilidad para evaluar las ubicaciones de sistemas de energía eólica. Además, las mediciones en tiempo real de las condiciones, turbulencia y temperatura del viento en la superficie y en altura pueden tener utilidad en el control de sistemas de energía eólica y en la predicción de corrientes de ascenso y microrráfagas para ayudar a proteger dichos sistemas de condiciones adversas.

Un método de teledetección aérea se conoce a partir de US 2007/0075546.

Resumen [0008] La presente invención proporciona un método para la teledetección aérea acorde a la reivindicación 1, y un sistema correspondiente acorde a la reivindicación 10.

Un método para detectar aire incluye usar al menos uno, y a veces tres, transceptores para proyectar energía láser como radiación láser al aire. Cuando se usan tres transceptores, éstos están alineados a lo largo de varios ejes diferentes; cuando se usa un transceptor la radiación proyectada puede ser escaneada. Cada transceptor recibe energía láser cuando es retrodispersada desde el aire. Un ordenador procesa las señales del uno o más transceptores para distinguir la radiación láser molecular dispersada de la radiación láser dispersada del aerosol y determina las temperaturas del aire y las velocidades y las direcciones del viento basándose en la radiación láser dispersada. Se presentan aplicaciones del método para la evaluación del emplazamiento de la planta de energía eólica, el control de turbina de viento, la observación meteorológica, la detección de datos del aire del avión y la seguridad aeroportuaria. En algunas realizaciones se escanea la energía láser para cubrir una región de interés.

Un sistema para la detección óptica de datos del aire tiene un láser sintonizable para generar radiación láser y un divisor de haz de luz para dividir la radiación láser en una componente proyectada y una componente de control. Un detector de la componente de control recibe al menos una porción de la componente de control a través de un filtro trampa óptico y genera una señal de control electónica. La componente proyectada es emitida al aire y una porción de la radiación dispersada es recibida como radiación retrodispersada, una porción de la cual es recibida en un detector de radiación retrodispersada a través de un filtro trampa óptico para generar una señal de retrodispersión a partir del mismo. Se barre la longitud de onda del láser sintonizable y la señal de control y la señal de retrodispersión se comparan para determinar el desplazamiento Doppler, que se usa para determinar la velocidad del viento. En una realización, un generador de secuencia pseudoaleatoria modula la radiación láser y la señal de retrodispersión electrónica se correlaciona con la secuencia aleatoria para determinar el desplazamiento Doppler a varias distancias desde el sistema.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La FIG. 1 muestra un Sistema Óptico de Datos del Aire (“OADS”, por sus siglas en inglés) , acorde a una realización.

La FIG. 2 muestra un OADS, acorde a una realización.

La FIG. 3 ilustra un ejemplo de cálculo de velocidad del aire con un OADS, acorde a una realización.

Las FIG. 4-7 muestran gráficos que ilustran ejemplos de cálculo para otros parámetros del aire con un OADS, acorde a una realización.

La FIG. 8 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo de método de operación de un OADS, acorde a una realización.

La FIG. 9 es un diagrama de flujo que muestra un ejemplo de método de operación de un OADS, acorde a una realización.

La Fig. 10 es un diagrama de bloques de una realización del OADS usando la técnica de Onda Continua Modulada Aleatoria para resolución de distancia.

La FIG. 11 ilustra unas condiciones de viento que pueden ocasionar riesgo para aviones cerca de aeropuertos o para sistemas de energía eólica.

La FIG. 12 ilustra la aplicación a un sistema de energía eólica.

La FIG. 13 es un diagrama de bloques de una realización de un sistema de datos del aire adecuado para aplicaciones en tierra.

La FIG. 14 ilustra una realización alternativa del sistema de datos del aire en tierra.

La Fig. 15 ilustra una realización de escaneo del sistema de datos del aire en tierra para elaborar un mapa de la velocidad del viento y la temperatura alrededor de un emplazamiento.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES

La FIG. 1 muestra un Sistema Óptico de Datos del Aire (“OADS”, por sus siglas en inglés) 101 montado en o dentro de un avión 102. En esta realización, el OADS 101 está configurado para proyectar radiación láser 103 al aire 104. La radiación láser 103 incide en el aire 104 y las partículas de aerosol 105 (en el aire 104) , producen la dispersión de la radiación láser 103, que está representada en la FIG. 1 como un campo de dispersión 106. La distancia entre el avión 102 y el campo de dispersión 106 está controlada por la superposición entre la radiación láser 103 y el campo de visión del transceptor 110 a una distancia del avión 102, para proporcionar una intensidad optimizada para la radiación láser de retorno 107 y para eliminar posibles errores de medición que se deriven del aire desplazado próximo al avión 102. El OADS 101 detecta la radiación láser retrodispersada 107 que es retrodispersada desde el aire 104 en el campo de dispersión del láser 106. La radiación 107 puede estar en el espectro ultravioleta (UV) , por ejemplo, teniendo... [Seguir leyendo]

1. Un método para teledetección aérea, que comprende:

generar radiación láser con un láser sintonizable;

dividir la radiación láser en una componente proyectada y una componente de control;

convertir la componente de control en una o más señales de control electrónicas;

proyectar la componente proyectada en el aire para inducir radiación dispersada;

escanear la componente proyectada;

recibir una porción de la radiación dispersada como radiación retrodispersada;

convertir la radiación retrodispersada en una o más señales electrónicas de radiación retrodispersada, incluyendo convertir una porción de la radiación retrodispersada en una señal electrónica retrodispersada sin filtrar, filtrar al menos una porción de la radiación retrodispersada usando un filtro trampa óptico para formar una porción filtrada, y convertir la porción filtrada en una señal electrónica retrodispersada filtrada;

procesar la una o más señales de control electrónicas y la una o más señales de radiación retrodispersada electrónica para determinar el desplazamiento Doppler;

en el que la componente proyectada se proyecta a lo largo de al menos dos ejes o al menos tres ejes, en la que el desplazamiento Doppler se determina a lo largo de cada uno de los respectivos al menos dos o al menos tres ejes, y en la que el desplazamiento Doppler a lo largo de cada uno de los ejes se utiliza para determinar la velocidad del viento y la dirección del viento;

y

un paso adicional seleccionado del grupo consistente del registro periódico de la velocidad del viento para estudiar el lugar del sistema de energía eólica y proporcionar la velocidad del viento como entrada para determinar el paso de la pala para al menos una pala de un aerogenerador.

2. El método de la reivindicación 1, en el que la señal de control electrónica se obtiene filtrando la componente de control con el filtro trampa óptico para formar una componente de control filtrada, y convertir la componente de control filtrada en la señal de control electrónica.

3. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende determinar la temperatura a partir de una componente dispersada Rayleigh de la radiación retrodispersada.

4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que

el escaneo de la radiación láser se realiza para obtener información de la velocidad del viento y la dirección del viento en varios lugares dentro de un volumen de aire, y/o además comprende registrar periódicamente la velocidad del viento y la dirección del viento para el estudio del lugar del sistema de energía eólica, y/o además comprende usar la velocidad del viento y la dirección del viento como entrada para determinar el paso de la pala para al menos una pala de un aerogenerador.

5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende modular el láser con una secuencia pseudoaleatoria, almacenar la radiación retrodispersada recibida en una memoria tipo histograma, y correlacionar la radiación retrodispersada recibida con la secuencia pseudoaleatoria para obtener la velocidad del viento a al menos una distancia particular desde el láser sintonizable, y especialmente en el que escanear la radiación láser se realiza para obtener información de la velocidad del viento y de la dirección del viento en varios emplazamientos dentro de un volumen de aire, y/o registrar la velocidad del viento y la dirección del viento para el estudio del lugar del sistema de energía eólica.

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende en el que el paso adicional seleccionado del grupo consistente de registrar periódicamente la velocidad del viento para el estudio del lugar del sistema de energía eólica y proporcionar la velocidad del viento como entrada para determinar el paso de la pala para al menos una pala de un aerogenerador es proporcionar la velocidad del viento como entrada para determinar el paso de la pala para al menos una pala de un aerogenerador.

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el paso adicional seleccionado del grupo consistente de registrar periódicamente la velocidad del viento para el estudio del lugar del sistema de energía eólica y proporcionar la velocidad del viento como entrada para determinar el paso de la pala para al menos una pala de un aerogenerador es registrar la velocidad del viento para el estudio del lugar del sistema de energía eólica.

8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la componente proyectada es proyectada en el aire desde un lugar en un aerogenerador, en el que especialmente el emplazamiento en el aerogenerador está en un buje o una góndola de un aerogenerador.

9. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende determinar velocidades del viento y direcciones del viento a una pluralidad de altitudes, y para determinar el paso de la pala para el aerogenerador como respuesta a las velocidades del viento y las direcciones del viento.

10. Un sistema para detectar ópticamente datos del aire que comprende:

un láser sintonizable para generar radiación láser;

al menos un divisor de haz para dividir la radiación láser en una componente proyectada y una componente de control;

al menos un filtro trampa óptico;

al menos un detector de la componente de control acoplado para recibir al menos una porción de la componente de control a través de al menos un filtro trampa óptico y generar una señal de control electrónica a partir del mismo;

aparato para proyectar la componente proyectada en el aire para inducir radiación dispersada y para recibir una porción de la radiación dispersada como radiación retrodispersada;

aparato para escanear la componente proyectada;

al menos un detector de radiación retrodispersada acoplado para recibir al menos una porción de la radiación retrodispersada a través del al menos un filtro trampa óptico y generar una señal de retrodispersión electrónica a partir del mismo;

aparato de control y cálculo para barrer una longitud de onda del láser sintonizable y para recibir la señal de retrodispersión electrónica y la señal de control electrónica y determinar el desplazamiento Doppler a partir del mismo, y para procesar el desplazamiento Doppler, en el que la componente proyectada se proyecta a lo largo de al menos dos ejes o al menos tres ejes, en el que el desplazamiento Doppler se determina a lo largo de cada uno de los respectivos al menos dos o al menos tres ejes, y en el que el desplazamiento Doppler a lo largo de cada uno de los ejes se usa para determinar la velocidad del viento y la dirección del viento, y

aparato para registrar periódicamente la velocidad del viento para el estudio del lugar del sistema de energía eólica y/o aparato de control para controlar al menos un paso de pala de al menos un aerogenerador.

11. El sistema de la reivindicación 10, que además comprende:

un generador de secuencia pseudoaleatoria para generar una secuencia pseudoaleatoria;

un modulador para modular la radiación láser con la secuencia pseudoaleatoria; y

en el que el aparato de control y cálculo correlaciona la secuencia pseudoaleatoria con la señal de retrodispersión electrónica para determinar el desplazamiento Doppler a una pluralidad de distancias del sistema.

12. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, en el que el aparato de control y cálculo analiza la señal de retrodispersión electrónica para determinar la dispersión de Rayleigh, y para determinar la temperatura del aire a partir del mismo a una pluralidad de distancias del sistema.

13. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que además comprende un registrador de datos digital, y en el que el registrador de datos digital es configurable para registrar datos de velocidad del viento mínima, media, y máxima ráfaga con datos de temperatura del aire al menos cuatro veces por hora, en el que especialmente el registrador de datos digital es configurable para registrar velocidades del viento mínima, media, y máxima ráfaga con temperatura del aire en al menos cuatro distancias desde el sistema, y en el que el registrador de datos digital tiene capacidad de almacenamiento para al menos un mes de datos de velocidad de viento registrados.

14. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 134, en el que el aparato de control y cálculo analiza la señal de retrodispersión electrónica para determinar la dispersión de Rayleigh, y para determinar la temperatura del aire de ello a varias distancias desde el sistema.

15. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en el que el aparato de control y cálculo está adaptado para proporcionar aviso de turbulencia atmosférica producida por eventos seleccionados del grupo consistente de inestabilidad convectiva, irregularidades de flujo inducidas por el terreno, irregularidades de flujo inducidas por obstáculos y forzado del viento sobre superficies rugosas.

16. Un sistema acorde a la reivindicación 10, que además comprende:

un generador de secuencia pseudoaleatoria para generar una secuencia pseudoaleatoria;

un láser sintonizable para generar radiación láser modulada por la secuencia pseudoaleatoria;

en el que el aparato de control y cálculo para barrer una longitud de onda del láser sintonizable, para recibir la señal de retrodispersión electrónica y la señal de control electrónica sirve para correlacionar la secuencia pseudoaleatoria con la señal de retrodispersión electrónica y determinar el desplazamiento Doppler a varias distancias a partir del mismo; y en el que el aparato de control y cálculo analiza la señal de retrodispersión electrónica para determinar la dispersión de Rayleigh, y para determinar la temperatura del aire a partir del mismo a una pluralidad de distancias del sistema.

17. El sistema de la reivindicación 16, en el que la radiación láser se dirige a lo largo de una pluralidad de ejes y en el que el aparato de control y cálculo determina la velocidad y dirección del viento a una pluralidad de distancias del desplazamiento Doppler determinado a lo largo de la pluralidad de ejes a la pluralidad de distancias, y/o además comprende un registrador de datos digital, y en el que el registrador de datos digital es configurable para registrar datos de velocidad del viento mínima, media, y máxima ráfaga con datos de temperatura del aire a al menos cuatro distancias desde el sistema al menos cuatro veces por hora, y en el que el registrador de datos digital tiene capacidad para al menos un mes de datos de velocidad del viento.

18. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 17, en el que el aparato para proyectar la componente proyectada en el aire para inducir radiación dispersada y para recibir una porción de la radiación dispersada como radiación retrodispersada está adaptado para escanear un volumen de espacio aéreo.

19. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 18, en el que aparato de control y cálculo filtra los datos de velocidad del viento comparando información de determinados ángulo y distancia con información de ángulo y distancia correspondientes a un emplazamiento de al menos un aerogenerador y/o ignora selectivamente al menos algo de la radiación retrodispersada para evitar leer el movimiento de la pala de al menos un aerogenerador como viento.

20. El sistema acorde a una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 17, en el que el aparato de control y cálculo determina qué radiación retrodispersada ignorar comparando la información de ángulo y distancia con un emplazamiento de al menos un aerogenerador.

21. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 20, que además comprende aparato de control para controlar al menos el paso de una pala de un segundo aerogenerador, y/o en el que al menos una porción del sistema está colocada dentro de un elemento de un aerogenerador seleccionado del grupo consistente de una góndola y un buje.

22. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 21, en el que el aparato de control y cálculo está adaptado para proporcionar avisos de condiciones de viento seleccionadas del grupo consistente de peligros de elevada velocidad del viento, turbulencia atmosférica, cizalladura de viento, microrráfagas, y remolinos de polvo en la zona de interés, y/o en el que el aparato de control y cálculo está adaptado para proporcionar aviso de las condiciones de viento que se aproximan y dentro de la ruta de aproximación de un avión en la zona de interés.

23. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 22, en el que el sistema está colocado cerca de un aeropuerto, la zona de interés comprende la zona patrón de tráfico aeroportuario, y el aparato de control y cálculo está adaptado para proporcionar aviso de condiciones de viento peligrosas en la zona patrón de tráfico aeroportuario, y/o en el que dentro de donde está ubicado el sistema, el área de interés comprende una zona cerca de una autopista, y el aparato de control y cálculo está adaptado para proporcionar alertas de tráfico cuando se detectan condiciones de viento peligrosas en la zona de interés.

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

Esta lista de referencias citadas por el solicitante quiere únicamente ayudar al lector y no forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto un gran cuidado en su concepción, no se pueden excluir errores u omisiones y la OEB declina toda responsabilidad a este respecto.

Documentos de patente que se citan en la descripción

• US 20070075546 A [0007]• US 7281891 B [0117]

• US 7342323 B [0117]• US 6320272 B [0117]

Literatura no-patente que se cita en la descripción • G.C. TENI; D. BOLEY; R.C. DESAI. On The Kinetic Model Description Of Rayleigh-Brillouin Scatering Fron Molecular Gases. Canadian Journal of Rhysics, 1974, vol. 52.

28. 290 [0063]