CN104093974B - 用于风力涡轮机的雷达天气探测 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于风力涡轮机的雷达系统。所述雷达系统包括第一雷达单元(42)和被布置为接收来自所述雷达单元的输出的控制单元(41)，所述控制单元包括中央处理单元。所述中央处理单元被配置为执行第一功能，即确定处于风力涡轮机附近的监测区带中的飞行器的至少一个属性，并基于所确定的属性来控制报警装置向探测到的飞行器输出报警信号；以及执行第二功能，即确定风力涡轮机附近的盛行天气的至少一个参数。还提供了对应的方法。

Description

用于风力涡轮机的雷达天气探测
技术领域
本发明涉及风力涡轮机以及并入所述风力涡轮机以检测移动物体和/或天气的属性的系统。
背景技术
图1示出了风力涡轮机1，包括在其上安装风力涡轮机机舱3的风力涡轮机塔架2。至少一个转子叶片5附着到轮毂上以形成转子。每一叶片能够围绕其自身的纵轴旋转。将其称为叶片桨距调节(pitching)。轮毂6通过从机舱的正面延伸出来的轴(未示出)连接至机舱3，所述轴优选为低速轴。图1所示的风力涡轮机可以是为家用或公共照明用途设计的小的机型，或者可以是大机型，例如，适用于风电场的大规模发电的机型。在后一种情况下，转子的直径可以达到150米或更大。
将风力涡轮机的转子叶片设计为通过其空气动力外形以及所产生的由风引发的旋转提取风能。对于水平轴风力涡轮机而言，转子围绕其轴的旋转使驱动轴发生转动，所述驱动轴又连接至发电的发电机。可以采用耦合至高速轴的低速驱动轴，或者可以采用直接驱动轴。为了使水平轴风力涡轮机有效率地工作并从风中提取最多的功率，使风力涡轮机机舱发生旋转，从而使转子最大可能程度地迎着风，由此使转子的旋转轴与风向对准。
风力涡轮机，尤其是较大的风力涡轮机将具有用于使机舱发生旋转从而使转子具有迎风的取向的系统。这些系统通常被称为偏航(yaw)系统或方位角驱动装置，尽管风向发生改变，但是其允许风力涡轮机继续从即将到来的风提取最高能量。偏航系统通常处于风力涡轮机塔架和机舱之间，并且通常包括可围绕与塔架共线的轴充分旋转的轴承，以及一个或多个用于使所述轴承相对于所述塔架旋转的电或液压驱动装置。通过这种方式，能够使安装在所述轴承上的机舱在水平面内360度旋转。
可以看出，能够在考虑诸如风向和风速等盛行(prevailing)天气条件的情况下调整诸如偏航或叶片桨距的工作参数。这可以包括提高或降低电力生产，或者减少涡轮机部件上应变。这还可以包括响应于大的阵风或者其他极端天气状况关停涡轮机，例如，通过使叶片顺桨(feathering)。
由于现代化风力涡轮机的尺寸的原因，它们易于和诸如飞行器的移动物体发生碰撞。显然，飞行器和风力涡轮机之间的碰撞对于飞行器和风力涡轮机两者都可能导致寿命的损失和相当大的损坏。
需要一种以用于探测诸如飞行器的移动物体的探测系统为特征的风力涡轮机，其允许响应于所述探测采取行动。还存在一种矛盾性需求，即，需要一种以能够探测天气属性从而能够采取适当行动的探测系统为特征的风力涡轮机。
发明内容
在现在将参照的独立权利要求中定义了本发明。在从属权利要求中阐述了优选特征。
本发明的第一方面提供了一种以探测系统为特征的风力涡轮机，例如，所述探测系统为雷达系统，其被配置为探测诸如飞行器的移动物体。所述雷达系统优选是文中描述的种类的系统。此外，也可以与所述物体探测系统一起提供用于检测或确定盛行天气条件的一个或多个属性的检测系统。具体而言，可以采用所述物体探测系统或者将其额外配置为检测盛行天气条件的一个或多个属性。
这一方面的第一实施例可以提供一种用于风力涡轮机的雷达系统，其包括第一雷达单元和被布置为接收来自所述雷达单元的输出的控制单元。所述控制单元包括中央处理单元，所述中央处理单被元配置为执行第一功能，即确定处于风力涡轮机附近的监测区带(zone)内的飞行器的至少一个属性，并且基于所确定的属性控制报警装置，使之向所探测到的飞行器输出报警信号；以及执行第二功能，即确定盛行天气的至少一个参数，并且优选确定所述风力涡轮机附近至少一个方向上的风速和/或风风向。所述中央处理单元优选被配置为基于从雷达单元输出接收的雷达信号的处理做出所述确定。
所述第一雷达单元可以被配置为实现探测风力涡轮机附近的飞行器的目的，因此被用来执行其主要功能之外的额外功能。
所述雷达系统还可以包括第二雷达单元，所述控制单元被配置为接收来自两雷达单元的输出。优选由所述控制单元采用所述第一雷达单元的输出执行所述第一功能。所述第二雷达单元被配置为检测风力涡轮机附近的盛行天气的至少一个参数，所述控制单元采用所述第二雷达单元的输出执行所述第二功能。所述第一雷达单元优选在L频带内工作，所述第二雷达单元优选在S或C频带内工作。
所述控制单元和雷达单元可以形成于单个现场(field)单元内。也可以将整个系统结合到整体现场单元内，所述现场单元是多个具有覆盖区域(coverage area)的现场单元之一，所述多个现场单元通过通信来交换与覆盖区域内的飞行器移动有关的信息。所述雷达系统优选被安装到涡轮机塔架或机舱上。
所述雷达系统还优选包括一个或多个耦合至控制单元的报警装置，所述报警装置是发光装置、音频发射装置或无线电通信装置中的一个或多个。
所述控制单元可以耦合至风力涡轮机桨距控制系统，所述控制单元可以被配置为基于探测到的飞行器的所确定的属性来控制风力涡轮机叶片的桨距。所述控制单元也可以被配置为基于根据第二功能确定的参数来控制所述风力涡轮机叶片的桨距。在任一种情况下，可以对桨距单元加以控制，优选通过将叶片桨距设定到顺桨位置而关停涡轮机。
或者或此外，所述控制单元被耦合至风力涡轮机偏航控制系统，所述控制单元被配置为基于探测到的飞行器的所确定的属性和/或根据第二功能确定的参数来控制所述风力涡轮机叶片的偏航。
上述第一功能还可以包括确定飞行器是否具有如果保持的话可能导致飞行器与风力涡轮机发生碰撞的航向(course)和高度，其中，在飞行器进入监测区带内的第一报警区带时向飞行器提供第一报警信号。在飞行器进入监测区带内的第二报警区带时向飞行器提供第二报警信号。所述控制单元优选被配置为通过控制发光系统提供所述第一报警信号，通过控制无线电发射机系统提供所述第二报警信号。
所述发光系统可以连接至中央处理单元并受到所述中央处理单元的控制，从而提供光报警信号，在一探测到第一报警区带内的飞行器时由所述中央处理单元激活所述发光系统。所述无线电发射机系统可以连接至中央处理单元并受到所述中央处理单元的控制，从而提供射频音频报警信号，在一探测到第二报警区带内的飞行器时由所述中央处理单元激活所述无线电发射机系统。所述发光系统和无线电发射机系统优选处于休眠模式，直到被所述控制单元激活。
或者或此外，所述第一功能还包括确定飞行器是否具有如果保持的话可能导致飞行器与风力涡轮机发生碰撞的航向和高度，其中，在飞行器进入监测区带内的报警区带时向飞行器提供报警信号，但是如果飞行器速度低于预定阈值并且飞行器在报警区带内的时间超过了预定时间那么不再提供新的报警信号。
所述系统还可以包括雷达天线，所述雷达天线具有与控制单元的中央处理单元进行通信的多个天线元件，所述雷达天线与雷达电子部件进行通信，从而形成了用于对雷达覆盖区域进行飞行器的雷达探测的雷达系统的部分，其中，所述多个天线元件提供了风力涡轮机附近的360度雷达覆盖区域。
还提供了一种用于风力涡轮机的雷达系统的对应操作方法。所述方法包括提供第一雷达单元以及被布置为接收来自所述雷达单元的输出的控制单元，所述控制单元包括中央处理单元，还包括基于所述第一雷达单元的输出来确定所述风力涡轮机附近的监测区带内的飞行器的至少一个属性。基于所确定的属性对所述报警装置加以控制，从而向所探测到的飞行器输出报警信号。所述方法还包括采用所述第一雷达单元的输出来确定所述风力涡轮机附近的盛行天气的至少一个参数。
所述第一雷达单元优选被配置为探测所述风力涡轮机附近的飞行器。所述盛行天气的参数优选是至少一个方向上的风速和/或风向。
所述控制单元优选耦合至风力涡轮机桨距控制系统，所述方法还包括基于探测到的飞行器的所确定的属性和/或基于所确定的盛行天气的参数来控制所述风力涡轮机叶片的桨距。对桨距的控制可以优选包括对桨距加以控制以关停涡轮机，其优选方式是将叶片桨距设定到顺桨位置。
或者或此外，所述控制单元还可以耦合至风力涡轮机偏航控制系统，所述方法还包括基于探测到的飞行器的所确定的属性和/或基于所确定的盛行天气的参数来控制所述风力涡轮机叶片的偏航。
所述方法还可以包括确定监测区带覆盖区域内的飞行器是否具有如果保持的话可能导致飞行器与风力涡轮机发生碰撞的航向和高度；基于所述航向和高度来计算所述第一和第二报警区带；在飞行器进入第一报警区带时向飞行器提供第一报警；以及在飞行器进入第二报警区带时向飞行器提供第二报警。或者，所述方法还可以包括检测所述飞行器何时进入监测区带覆盖区域；确定有关飞行器的信息，所述信息包括飞行器的速度、方向和高度；基于所述信息来计算至少第一报警区带；在所述飞行器进入所述第一报警区带时向所述飞行器提供第一报警；以及当所述飞行器在所述第一报警区带内停留了预定时间段时停止向所述飞行器提供报警。
本发明的第二方面的实施例提供了一种风力涡轮机，其包括第一雷达单元和被布置为接收来自所述雷达单元的输出的控制单元。所述控制单元包括中央处理单元，其被配置为确定所述飞行器是否具有如果保持的话可能导致所述飞行器与所述风力涡轮机碰撞的航向和高度，其中，在所述飞行器进入监测区带内的第一报警区带时向所述飞行器提供第一报警信号，在飞行器进入监测区带内的第二报警区带时向所述飞行器提供第二报警信号。
本发明的第二方面的替代实施例可以提供一种风力涡轮机，其包括第一雷达单元和被布置为接收来自雷达单元的输出的控制单元。所述控制单元包括中央处理单元，其被配置为确定飞行器是否具有如果保持的话可能导致飞行器与风力涡轮机碰撞的航向和高度，其中，在飞行器进入监测区带内的第一报警区带时向飞行器提供报警信号，但是如果飞行器速度低于预定阈值并且在报警区带内的时间超过了预定时间，那么不再提供新的报警信号。
本发明的第三方面提供了一种改进的系统，用于确定盛行天气条件的一个或多个属性，该系统采用诸如雷达探测系统的第一检测系统以及诸如多普勒风速计，尤其是LIDAR系统的第二检测系统。所述雷达探测系统优选具有比多普勒风速计大的量程并且被用于执行对盛行天气条件参数的初始扫描和探测。之后采用多普勒风速计执行参数的第二更为详细的测量，通过雷达扫描结果确定多普勒风速计所指向的方向。所使用的所述雷达系统还优选被配置为检测诸如飞行器的移动物体的属性，但这不是必须的，所述雷达系统可以被配置为检测盛行天气条件。
根据本发明第三方面的实施例，提供了一种用于确定风力涡轮机附近的盛行天气的一个或多个参数的系统。所述系统包括雷达单元；用于检测沿视线的风速的分量的探测器，所述探测器是通过能够对视线方向进行调整的方式安装的；以及被布置为接收来自雷达单元的输出的控制单元。所述控制单元包括中央处理单元，其被配置为基于来自雷达单元的输出来确定风力涡轮机附近的盛行天气的至少一个参数；以及基于所述至少一个确定参数来调整探测器的视线。
探测器的安装可能涉及以可移动的方式安装所述探测器，例如，将其安装在旋转平台上或者具有致动器的可旋转底座(mount)上，以调整视线的方向，CPU被配置为通过控制所述致动器来调整所述探测器的视线的方向。或者，可以通过提供对探测器射束重定向的其它模块来实现这一目的，例如，提供可移动或旋转镜，通过受到CPU控制的致动器使其发生移动。
所述控制单元优选被配置为确定雷达单元探测到的湍流区域相对于涡轮机的位置或方位；并调整探测器的视线方向，从而使探测器指向湍流区域，以探测湍流区域内的风速的分量。
所述探测器优选是多普勒风速计，并且优选是LIDAR探测器、SODAR、RADAR或LDV探测器。
所述控制单元优选耦合至风力涡轮机桨距控制系统，所述控制单元被配置为基于所确定的盛行天气的至少一个参数和/或来自探测器的输出来控制风力涡轮机叶片的桨距。可以对桨距单元加以控制从而优选通过将叶片桨距设定到顺桨位置而关停涡轮机。
或者或此外，所述控制单元可以耦合至风力涡轮机偏航控制系统，所述控制单元被配置为基于所确定的盛行天气的至少一个参数和/或探测器的输出来控制风力涡轮机叶片的偏航。
可以提供一种包括根据本发明的第三方面的系统的风力涡轮机。根据本发明的第三方面的系统可以并入结合本发明的第一和第二方面描述的种类的雷达系统，其可以包括任何优选的或者任选的特征。
还可以提供一种用于确定风力涡轮机附近的盛行天气的一个或多个参数的对应方法，所述方法包括：提供雷达单元、用于检测沿视线的风速分量的探测器以及被布置为接收来自雷达单元的输出的控制单元，所述探测器被安装为能够调整视线方向，所述控制单元包括中央处理单元；基于来自雷达单元的输出来确定风力涡轮机附近的盛行天气的至少一个参数；以及基于所述至少一个确定参数来调整探测器视线的方向。
可以提供用于使上文描述的任何系统执行文中描述的方法步骤的对应计算机程序。
应当指出，可以使本发明的第一、第二或第三方面中的任何方面与本发明的其他方面中的任何方面结合，包括任何任选的或者优选的特征。
附图说明
现在将参考附图，仅通过举例的方式描述本发明的实施例，在附图中：
图1是水平轴风力涡轮机的正视图；
图2示出了结合了雷达探测系统的风电场的部分；
图3是典型的雷达系统的示意图；
图4是示出了根据本发明的实施例的系统的元件的示意图；
图5是示出了OCAS系统的主要元件的结构图；
图6是确定OCAS系统的垂直报警边界的例子的示意图；
图7是利用OCAS系统对以低于200knot的速度飞行的飞行器发出有风力涡轮机的警告的例子中的探测和报警区带的例子的示意图；
图8是利用OCAS系统的例子中的报警区带的探测的例子的示意图；
图9示出了OCAS系统中的雷达的天线构造；
图10示出了图9所示的雷达天线的更为详细的示意图；
图11示出了添加了控制信号发生电子装置的图9所示的天线结构的更为详细的示意图；
图12示出了图9或图10所示的天线架构的天线面板(antenna panel)设计的例子的示意图；
图13示出了针对诸如图9和图10所示的天线架构的天线架构的天线面板设计的馈电网络的例子的示意图；
图14是用于图9、10或11所示的天线架构的几乎呈柱形的支撑框架和天线罩连同用于实现无定向VHF天线的有利定位的安装建议的示意图；
图15是图9、10、11或14中所示的天线架构中的支撑框架的更多细节的示意图，其中，通过OCAS系统的天线面板天线罩覆盖每一个体天线面板；
图16是结合了LIDAR探测单元的风力涡轮机的舱室部分的示意性侧视图；
图17是用于控制风力涡轮机的偏航和桨距的控制系统的示意图；
图18从上面来看的结合了可旋转LIDAR探测器的涡轮机的示意图；以及
图19示出了控制单元在控制风力涡轮机的偏航和桨距系统的过程中采取的步骤。
具体实施方式
图2示出了根据本发明的第一实施例的布置。如图所示，风力涡轮机21装备有雷达探测单元22，其安装在高出地面的位置，优选安装在涡轮机塔架上，但是也可能安装在涡轮机机舱上。雷达探测单元发射雷达脉冲，并探测来自物体的反射。可以响应于物体的探测采取如下文所述的一项或多项行动。
图3示出了示范性雷达单元的示意图。提供发射具有预定带宽的电磁波的天线。在通过功率放大器33放大之前，由波形发生器生成所述雷达单元发射的雷达信号。可以连同这些单元一起考虑发射器36。从雷达信号的路径内的物体的反射产生的雷达信号反射通过天线接收/收集，继而传送至接收单元34和信号处理单元35，以供接下来的处理，由此提取有关反射物体的信息。可能需要双工器37，从而避免在采用高功率发射器时对接收器造成破坏。
雷达单元被配置为探测处于风力涡轮机21的移动物体，例如飞行器23。雷达单元被配置为探测处于风力涡轮机周围空域内的预定探测区域内的飞行器或类似物体。雷达单元优选被配置为至少能够探测与涡轮机相距50m-200m的物体，并且雷达单元可以被配置为探测更远的物体，例如几千米。雷达单元优选在L频带工作。
一接收到反射的雷达信号，雷达单元接收器34可以执行预期信号与噪声的分离，并对所述信号放大，以供接下来的处理。可以通过信号处理器35执行的额外处理可以包括舍弃非预期信号，例如，杂波，并传递由预期目标导致的信号。可以根据预定参数执行这一处理，以探测预期目标。
可以采用雷达单元的输出，例如图3所示的雷达单元的输出，来确定探测到的物体的属性。具体而言，所述输出可以被包括中央处理单元的控制单元使用，以确定所探测到的物体的高度、坐标、方向和/或速率或速度。之后，CPU可以将这些预定参数中的一个或多个与预定阈值进行比较，以确定所探测到的物体的所述预定参数是超过了这些阈值还是不满足这些阈值。控制单元可以响应于对物体的一个或多个参数超过还是不满足所述预定阈值的确定而采取行动，如下文所述。
所述阈值可以包括一个或多个下述参数。可以采用与风力涡轮机的预定距离，并且在物体距离低于预定距离的情况下采取控制行动。具体而言，可以采用预定探测区内的预定高度。可以采用预定速度，并且在物体速度超过预定速度值的情况下采取控制行动。优选在确定物体位于风力涡轮机的预定距离内或者风力涡轮机周围的预定区域内时采用这一功能。
或者或此外，可以在探测到物体位于第一预定探测区域或体积内时，通过CPU确定航向、航线或速度。如果CPU确定的航向指示物体正在靠近涡轮机附近或者正在朝向位于所述第一预定区域内的第二预定探测区域或体积移动，那么采取一项或多项控制行动。
可以通过雷达单元的探测范围定义物体必须处于其内才能触发一项或多项控制行动的区域或体积。但是，也可以基于提供给控制单元的预定参数来触发可以触发控制行动的有效区域或体积。例如，所述区域或体积可以是水平平面内的0m-200m的距离和0m-200m的高度，其定义了在其内将响应于物体的探测而采取控制行动的网格或3D体积。
负责确定探测到的物体的属性以及在考虑这些属性的情况下确定是否需要控制行动的控制单元可以相对于风力涡轮机处于远程位置，或者可以位于风力涡轮机处，在这种情况下优选将其提供为雷达单元22的一部分。所述控制单元可以与雷达单元的信号处理器结合。可以采用远程控制单元来控制和协调风电场中的多个风力涡轮机，下文将对此予以描述。
现在将描述控制行动。如图2所示，所述风力涡轮机还设有报警输出装置24。在图2的例子中，报警输出装置具有报警灯的形式。或者，可以采用音频输出装置或无线电信标。报警输出装置的目的在于输出信号，以警告所探测到的飞行器的飞行员即将发生碰撞。假设所述报警输出装置能够警示涡轮机位置，那么其可以不必处于风力涡轮机处。但是，所述报警输出装置优选位于涡轮机的机舱上。可以在控制单元和报警输出装置之间提供无线连接，以控制报警装置的激活。
除了激活一个或多个报警输出装置之外，或者作为这种做法的替代，控制单元可以被配置为控制风力涡轮机的一个或多个属性。具体而言，控制单元可以被配置为调整风力涡轮机的偏航和/或桨距。图4示出了可以如何实现这一目的，其方式是将接收来自雷达单元42的输出的控制单元41耦合至控制涡轮机内的偏航和桨距操作的偏航和/或桨距系统43和44。响应于在预定探测区域或体积内探测到诸如飞行器的物体，控制单元41可以向桨距系统44发送控制信号，从而指示其关闭涡轮机，例如，通过使叶片顺桨。此外，控制单元43可以向偏航系统发送控制信号，从而指示涡轮机从即将到来的风中偏航出来。
例如，可以如图2所示，使所述系统从单个涡轮机扩展为将多个涡轮机结合到一个风电场内。每一风力涡轮机可以结合雷达单元，并且可以耦合至控制单元，如上文所述。可以通过控制网络25将涡轮机耦合至中央控制单元，或者使所述涡轮机相互耦合，所述控制网络25可以是有线或无线网络。
除了上文所述的特征之外，根据本发明的实施例的风力涡轮机可以包括雷达单元，例如，如上文或下文所述的雷达单元，其被配置为除了探测诸如飞行器的物体的属性之外，还探测盛行天气条件的一个或多个属性。
典型地，采用S或C频带雷达执行天气检测，所述S或C频带雷达分别对应于2.0到4.0GHz或者4.0到8.0GHz的标称频率。雷达单元可以用来探测飞行器的对应于1.0到2.0GHz的标称频率的L频带被认为不适合这一用途。但是，有可能通过适当地配置控制单元41而提取风向、风速以及诸如散度和形变的其他参数，从而从雷达单元42提取这一信息。在某些实施例中，一种可能的实现这一目的的方式的例子是将控制单元的CPU配置为执行速度－方位角显示(VAD)技术，该技术依赖于对仰角固定的情况下在方位角的完整扫描过程中测得的径向速度的分析。在斜距“r”内，受到扫描的区域的直径为rcosx，测量的高度为rsinx，x是针对方位角β的仰角，水平风速为Vh，颗粒沉降速度为Vf，斜距r下的径向速度为：
Vr(B)＝Vh cosβcosx+Vf sinx
可以采用谐波分析获得水平风速、风向和颗粒沉降速度。
替代将控制单元配置为从单个雷达信号提取数据以确定飞行器属性和风属性两者，能够在雷达装置内提供第二雷达单元，其被配置为专门用于探测天气属性的目的，尤其是用于探测风速率或风速度。第二雷达装置可以包括与图3所示的相同的并且将联系图3描述的特征。或者，可以在装置之间共享一个或多个部件，例如天线、发射器、双工器，尤其是接收器和信号处理器。这种雷达装置被配置为发射各个独立的射束，第一射束优选是用于探测飞行器的L频带射束，第二射束优选是用于探测风和天气属性的C或S频带射束。
现在将描述包括可以在上文或下文描述的本发明的实施例中采用的雷达系统的系统的具体例子。
可以在本发明的实施例中实现的OCAS(防障碍物碰撞系统)由相互通信的而且被布置为与中心通信的单元构成，例如，所述中心是OCC＝OCAS控制中心，其可以是如上文所述的控制单元。可以借助向(例如)NOTAM或Web页面的报告从OCC监测OCAS现场单元的状态。可以从OCC对报警区域重新编程，也可以对OCAS现场单元升级，并由此纠正故障。
接下来将在下文中简短地描述所述OCAS系统的功能的主要特征。包括上文描述的类型的雷达单元的OCAS现场单元或者执行与之类似的功能的替代系统通常将被置于所述OCAS单元提供报警的风力涡轮机的附近。所述OCAS现场单元之一主要由雷达装置、VHF无线电、电源和天线杆(mast)构成。
将作为根据本发明的实施例的OCAS的部分的雷达单元被布置为具有低功耗，并且将其构造为在其覆盖区域内连续不断地寻找移动飞行器。一旦探测到飞行器，所述雷达被布置为将所述飞行器作为定义目标进行跟踪。在所述OCAS现场单元或中央控制单元中计算并且寄存这一目标的航向、高度和速率。所述OCAS现场单元或中央控制单元设有跟随所寄存的航向、高度和速率的装置，并且被布置为在目标的航向、高度和速率具有与空中障碍物发生碰撞的危险的情况下激活报警装置，从而使飞行员能够安全地规避空中障碍物。
OCAS现场单元的VHF无线电可以是结合到本发明的实施例内的系统的集成部分，其允许对包括报警光、音频报警信号和OCAS现场单元的网络内通信的报警信号进行遥控。
所述OCAS现场单元被设计为低功耗，可以优选采用电池和/或太阳能电池板对其供电。这一电源模式使得所述现场单元在能量方面自给自足，并且独立于市电网络的供电。或者，可以通过源自于所述OCAS现场单元附着的风力涡轮机的能量对所述OCAS现场单元供电。作为来自电池和太阳能电池板的电力供应的补充，所述OCAS现场单元可以设有用于市电网络的电源单元或连接，即使电池、风力或太阳能电池板不能提供必要的电力，所述单元或连接仍能允许工作。这种电源解决方案将有利地实现低运行成本，以及偏远交通可达地区的简化安装和操作。
通常通过安装装置将OCAS现场单元安装到涡轮机塔架或机舱上。可以是OCAS的一部分的安装装置灵活地由模块构成，以便于运输。因而，可以简单地沿OCAS现场单元的其余部分进行组装和架设，以对抗恶劣的气候条件。
根据本发明的OCAS具有多种工作模式，在所述模式当中，一种是使实际的雷达单元处于运转当中，从而连续地监测雷达的覆盖区域，而所述系统的其他部分则“休眠”。就处于工作模式的雷达而言，通过两个报警区带定义这一覆盖区域。所述两个报警区带优选是诸如光信号的第一报警信号的报警区带和诸如音频信号的第二报警信号的报警区带。在光信号报警区带内检测到飞行器的情况下，根据本发明的OCAS系统激活安装在风力涡轮机上或者附近的光信号，以辅助飞行器操作员或者飞行员目视检测到障碍物状况。如果尽管第一报警区带内的光信号发出了报警但是飞行器仍然没有采取任何规避操纵，而是向第二报警区带内继续其行程，那么激活通过VHF无线电提供的声音信号。通过VHF无线电给出的声音报警信号是特异的、区别性的并且便于识别，其在所有的相关VHF频率上向处于所述VHF无线电的射程内的飞行器进行发射。VHF无线电或者在其他频带上工作的无线电可以是结合到本发明的实施例内的OCAS的一部分，其设有编程装置，从而能够定义一些不携带声音报警的频率。
图5示出了OCAS或OCAS标示器501的示意图，以说明其主要要素。如上所述，根据本发明的OCAS系统中的雷达装置502包括雷达信号处理器。信号处理器可以确定检测到的物体是否处于所定义的探测区内以及是否处于所定义的报警区带内。或者，控制单元可以接收来自信号处理器的输出，并执行这一功能。通过处理单元的编程和雷达的实际覆盖区域来定义探测区域和报警区带，并在垂直平面内对它们进行限定。典型地，对OCAS的垂直平面内的界限进行定义，从而使所处高度或者将到的高度不足相关风力涡轮机的最高点之上的50米的物体或目标触发报警。
图6示出了确定OCAS的垂直报警边界的例子的说明。从该图可以看出，将报警边界601被确定为自风力涡轮机602的最高点的预定距离，所述最高点是电动机叶片在使用过程中达到的最高点。如图6所示，所述垂直报警边界可以是(例如)风力涡轮机的最高点之上的50米。
图7示出了示范性探测区带布置的由顶向下视图，其中，探测区带701围绕多个风力涡轮机702分布，并且被布置为对以低于200knot的速度飞行的飞行器发出附近有风力涡轮机的报警。
图8既按照与图6类似的方式示出了垂直方向报警区带位置，又示出了风力涡轮机801的探测区带的由顶向下的视图。从图8可以看出，提供了围绕报警区带803延伸或者包围报警区带803的探测区带或监测区带802。探测区带的半径可能取决于所采用的雷达系统的类型，但是其优选可以是3000米左右。可以根据所考虑的飞行器的速度调整报警区带的半径。对于低于200knot的速度而言，例如，165米的报警区带或者4.5秒的飞行时间可能就足够了。对于具有超过200knot的较高速度的飞行器而言，也可以采用1000米的报警区带，其也对应于4.5秒的飞行时间。
OCAS中的雷达系统被布置为确定目标是否具有如果保持的话可能导致目标与风力涡轮机发生碰撞的航向和高度。如果目标的航向和高度具有这样的特征，那么在目标处于第一报警区带内时激活光报警。因而将部分地通过目标的速率和方向定义报警区带，并根据这些因素为其赋予一定区域，从而在可能的碰撞发生之前迅速地激活报警。如此计算报警事件，从而帮助飞行员看到风力涡轮机，并做出远离风力涡轮机的操纵，从而避免碰撞。
例如，光报警503可以是每分钟闪烁大约40次的高速闪光灯，并且可以在碰撞之前的15秒钟或者某一其他预定时间上开始。
通过VHF无线电504发出的声音报警通常可以是以5.5秒的持续时间发射的信号，处于碰撞航线上的飞行物体的机载无线电将接收到所述信号，并警告飞行员其处于风力涡轮机附近的这一事实。
也可以为根据本发明的OCAS提供用于跟随在雷达射程内探测到的目标的装置，该装置用于在目标进入报警区带时以报警跟随所述目标，但是如果所述目标慢速移动并且在报警区带内长时停留那么将停止发出新的报警。例如，如果有必要采用直升机或者其他慢速移动飞行器在诸如电线的空中障碍物的紧邻的附近展开工作，那么这样做是有利的。在这种情况下，在飞行器第一次进入报警区带时将按照通常方式发出报警，但是只要飞行器仍在所述报警区带内就不再发出新的报警。假设飞行器离开报警区带，之后重新进入，那么将如前所述激活要么为光报警要么为音频报警的新报警。
OCAS可以包括几个OCAS现场单元，每一个所述现场单元优选安装在相应的风力涡轮机上或者与之相关。所述OCAS现场单元可以设有用于相互通信的通信机构，因而它们能够交换有关在现场单元的范围内探测到的目标的信息。
图9示出了OCAS雷达天线的优选天线解决方案的实施例的例子，所述雷达天线具有被布置为八边形的边的八个天线面板。在操作过程中，还将对八边形天线320进行位置设定，从而将每一天线面板310垂直布置为具有超过1/8圆周的“视场”，而且由于相邻天线面板存在重叠，因而八个面板的组合将提供360度的覆盖范围。每一天线面板包括多个天线元件311，所述天线元件是根据频率、垂直覆盖要求等选择的。
图10是图8所示的架构的示意图，但是其具有较少的天线元件311，其中，示出了如何通过pin二极管开关和径向分路器的组合130以及包括低噪声放大器LNA、功率放大器PA和移相器的有源模块135传输通往/来自天线元件111的信号，还示出了用于将所述信号合并成一个信号的网络，所合并的信号被传送至实际雷达系统单元140，该单元包含雷达信号发生器和接收器143、开关控制和开关电源单元141以及连同电源的TX/RX控制和相移控制单元142，将在图11中对此给出更加详细的指示。图14示出了天线元件110的设计的备选方案。在替代方案1中，天线面板由细长结构构成，该结构含有参考平面113、电介质层112和多个元件区域111。天线馈电是通过馈电探头114实施的，馈电探头穿过参考平面113当中的开口，并且任选如备选方案3所示连接至敷设在位于所述参考平面的与天线元件的位置相对的一侧上的电介质层上的馈电线网络。还在图12的下部示出了具有一组天线元件的天线面板，其中，一个群天线主要由总共八个元件构成，在所述天线元件中示出了最高和最低的两个元件。通过图13中的裂解图部分地示出了图12所示的分层结构的进一步的细节，在图13中，通过侧视图示出了天线面板的分裂结构，这只是对可能的馈电网络的举例说明，该馈电网络是以电路板上的印刷电路的形式制作的，所述电路板一面承载着所述参考平面，相对面承载着所述馈电网络。通过附图标记115指示所述馈电网络的导体结构。附图标记130/135分别指示含有pin二极管开关和径向分裂器的模块和含有LNA、PA和移相器的有源模块。
图14示出了适于本发明的组合天线系统的机械构造的细节，其包括如图9所示的由八个按照八边形截面呈柱状布置的天线面板构成的星聚(constellation)，其中，将所述天线面板安装到八边形框架上，所述框架具有处于一端的居于中央的接口205，该接口具有用于VHG天线的机械安装机构。在图14的上部，如草图4所指示的，示出了怎样才能将圆柱形天线罩放到所述八边形框架上，从而为天线面板提供环境保护。
在图15中借助框架120更加详细地示出了框架构造以及天线面板110在框架结构的相应纵向槽内的可能的布置，在图17的底部示出了一种允许对天线面板110提供单独的天线罩保护的替代天线罩结构。接下来将在下文中给出对实施于OCAS中的适用于本发明的实施例的雷达天线的具体示范性实施例的更加详细的说明。
首先，让我们讨论天线实际尺寸的计算。为雷达系统分配大约1.3-1.5GHz的频率(来自2001年9月10日的KITRON的信息)。因而，波长为λ0＝c/f＝22.3-23.1cm。这使得确定天线的机械外部尺寸成为了可能。基于1.325GHz的工作频率，估算天线的直径大约为50cm。包括围绕的圆柱形天线罩在内，外部直径大约为65cm。通过每列的元件数确定天线的高度，将在开发的说明阶段阐明所述数量。就每列八个元件而言，天线的高度约为1.3米。
接下来将在下文中给出对天线的结构设计的更加详细的说明，在附图中也对其给出了概略描绘。所述天线将含有绕柱体周围的八列辐射元件。子项目“天线”将包括对实际辐射元件、有源元件对和沿垂直方向具有N个元件的群天线的设计，其包括激励/馈电方法。其将包括使天线与馈电线集成，所述馈电线将作为与子项目“天线接口”的接口。将与子项目“天线接口”协调开发或者推荐用于安装天线模块和作为“天线接口”的部分的板的机械框架。此外，将在电和机械两方面规定适于所述机械框架的天线罩。
在下文中将描述对于附图所示的天线设计而言天线面板中的天线元件的结构细节。对于沿垂直方向的八个元件而言，总高度将约为1.3米。因而，衬底要求将约为每天线8×1.3m×0.2m＝2m<2>。
天线本身将为微带贴片(patch)天线，由于贴片图案的蚀刻的原因，我们相信该天线将产生合理的生产成本。微带贴片天线由在衬底的一侧蚀刻出来的矩形金属表面(＝贴片)构成，而衬底的另一侧则受到金属化并构成了贴片地平面。通过探头对贴片天线馈电，所述探头通过天线地平面引出并焊接至贴片本身。
带宽要求需要在贴片和地平面之间存在最低高度。初步计算表明，就典型的微波衬底而言需要具有大约3mm的厚度的衬底。这是备选方案1的实施例，例如，如图12所示。TLC30衬底被认为是微波频率的低成本衬底，可以为其提供单面或双面铜镀层。
备选方案2实施例：如果采用FR4材料作为贴片天线的衬底，那么需要具有大约3mm的衬底厚度。之后对所述板的一面金属化(铜)，而另一面则由贴片(蚀刻图案)构成，例如，如图12所示的。
在图12的图示中示出了备选方案3实施例，其中，贴片和地平面之间的高度可以是空气。因而，可以将其实现为空气填充空腔的形式，所示空气填充腔是从3mm厚的金属板冲压而成的(每天线8个金属板，沿垂直方向有8个腔)。可以在FR4材料板内蚀刻出实际的贴片，所述材料板可以胶粘或螺固到腔板上。0.5mm厚的FR4材料具有足够的刚度，使其跨越各个腔保持其形状。所述腔可以是圆角的或者矩形的。在腔的底部有另一金属板，其形成了贴片的地平面。所述地平面可以是具有用于馈电探头的孔的金属板，也可以是在金属层内具有用于馈电的对应孔的衬底(FR4)。如果将所有其他板都置于天线的底部，那么可以将所述衬底用于馈电线。
备选方案3是用于OCAS标示器的天线面板的优选实施例，因为其具有的腔能够在电磁学方面提供比备选方案1和2更多的优势。
接下来将在下文中提供对适合上文讨论的天线的天线接口的例子的讨论。所述天线接口包括板以及处于贴片和RF雷达信号的元件之间的信号路径上的部件，如图11所示。图10表明其由从1:8径向分路器向外通往每一个体元件的馈电线和开关构成。在径向分路器的背面，我们将放置由TX/RX开关、LNA、PA和移相器构成的有源模块。之后将来自所述有源模块(这种模块与垂直方向内的元件一样多)中的每者的信号合并，继而将所合并的信号传送到雷达收发器内。图10-11表明，意在使这一操作在几个板上完成。可以将FR4衬底用于布置微带线。优选采用0.75mm的衬底高度，因为其将在大约1.4mm的线宽上提供50欧姆的特征阻抗。
为了使安装和维护更加简便，可以使所述板位于天线的底部。之后，可以将馈电线放置到所述FR4衬底的背面，所述衬底充当着贴片的地平面，如图13所示。
接下来将在下文中描述用于对天线面板提供保护以抵御来自周围的影响的天线罩解决方案。可以通过很多种方式集成天线罩。所述天线罩可以是外径约为65cm的大的圆筒，其被“穿插(thread)”到所述天线上。其替代方案是每一天线面板采用一个天线罩(8)。因而必须通过另外的方式对其余电子部件加以保护。参考图14或15。
在下文中，将描述用于对天线面板进行固定和定位的示范性框架结构的特征。所述框架将形成由“天线接口”和天线罩对天线面板(8)和板进行集成的机械框架，例如，图14和15对此给出了简要描绘。
总而言之，根据本发明的OCAS可以包括连接至中央处理器或处理器单元的雷达系统，还向所述中央处理器或处理器单元连接用于传输报警信号的报警输出装置系统。所述系统还包括具有太阳能电池类型或者风力发电机类型的发电机和备用电池的供电系统，还有可能包括与来自附近的市电网络的电源的连接。在有几个OCAS将在一个网络内一起工作的情况下，可以包含用于内部通信的系统，OCAS可以借助其交换有关目标在其覆盖区域内的移动的信息以及工作状态信息，以便建立OCAS的连续链条，并确保超越了单个标示器所能够提供的通信和报警的通信和报警。
现在将描述本发明的替代实施例。本发明的这一实施例大体上涉及采用雷达系统和多普勒风速计两者测量天气状况的属性以及作为响应控制风力涡轮机的属性。这一实施例可以采用如上文所述的包括OCAS的雷达系统，但是为了避免引起疑惑，其不限于OCAS系统，或者任何其他被专门配置为探测飞行器的雷达系统。
本发明的实施例采用多普勒风速计，例如LIDAR(光探测和测距)装置。采用LIDAR控制风力涡轮机的操作是已知的，例如，参考Lading等的US6320272，其教导了激光风速度测量系统的使用，例如，安装在机舱上的LIDAR设备。已知的LIDAR系统的工作方式是在风力涡轮机的前面发射激光束，以测量风况。通常将距离布置为与涡轮机相距0.5和3个转子直径之间的距离，因此对于大型现代化风力涡轮机而言，该距离约为50m到450m。LIDAR按照已知的方式工作，其要么探测空气分子，要么探测空气气流中含有的颗粒，并由这些测量结果计算有关空气气流的信息，尤其是风的速率和方向。对涡轮机叶片前面的风速的探测允许控制系统在所述风抵达叶片之前调整叶片的桨距。对涡轮机叶片前面的风向的检测允许控制系统在所述风抵达叶片之前调整涡轮机的偏航。
在LIDAR系统中，相干激光雷达按照如下方式测量目标的速度：以相干辐射束照射目标，并将光的一小部分背散射到接收器内。目标沿射束方向的移动通过多普勒频移引起光的频率的变化δv，其通过下式给出：
|δV|＝f(2VLOS)/c＝(2VLOS)/λ
其中，c是光速(3×108ms-1)，VLos是目标速度沿光线(即射束方向)的分量，f和λ分别是激光频率和波长。通过使返回信号与初始射束的一部分混合并拾取光探测器上的处于差异频率上的脉动(beat)而准确地测量这一频移。LIDAR系统包括激光光学部件和探测器，它们通常位于同一外壳内，但是这些部件也可能处于分离的位置上。
图16示出了根据本发明的实施例的风力涡轮机的机舱部分的例子的示意性侧视图。示出了机舱内的示范性部件，但是将不对其描述。LIDAR系统或装置1610附着至机舱163。图17示出了根据本发明的实施例的控制系统内的部件。所述涡轮机具有控制单元1712，其连接至具有LIDAR系统1710和雷达单元1711的形式的传感器设备。可以采用容纳于风力涡轮机机舱163上的LIDAR装置以及雷达单元测量测量盛行天气的属性，尤其是风的速度。可以使控制单元位于机舱内或者塔架内，或者其可以与涡轮机分离，其中，在控制单元、LIDAR装置、雷达单元以及偏航和桨距系统之间具有诸如无线连接的通信链路。主控制器可以执行任何必要的计算，并且可以跨越多个位置分布。图17没有示出雷达单元，所述雷达单元可以包括上文或下文所述的雷达系统或OCAS系统。
雷达单元1711被配置为扫描风力涡轮机附近的区域。如上文所述，可以采用C和S频带装置，因为这些装置分别提供中程和长程天气监视。所述雷达单元可以扫描周围区域，其方式是将所述雷达单元安装到可旋转支架上，所述支架被配置为使天线连续地旋转，从而提供360°的覆盖。或者，可以采用多个天线面板，例如，在OCAS操作当中，每一天线面板覆盖特定的角区域，从而一起提供360度的覆盖。每一天线面板包括多个天线元件311，可以根据频率、垂直覆盖要求等对其加以选择。
雷达单元探测风的属性，例如，风的速度和方向，其可以按照上文描述的方式或者本领域已知的任何方式完成所述操作。具体而言，所述雷达系统将扫描区域或体积内的天气模式的初始概况提供给控制单元。将所述控制单元配置为识别异常区域，尤其是湍流，可以通过本领域已知的任何方式执行所述操作。
所述控制单元被配置为识别湍流区域，并且确定湍流相对于涡轮机的位置。
LIDAR单元或其他多普勒风速计按照能够调整视线的方式安装到风力涡轮机上。图18示出了这样的LIDAR单元的例子，其示出了风力涡轮机1801的自顶向下视图或俯视图，该图示出了转子叶片1802和机舱1803。具有通过线1805指示的视线的LIDAR单元1804被安装在机舱上。LIDAR单元被安装在旋转单元上，所述旋转单元耦合至机舱并且被布置为使LIDAR单元发生旋转，因而可以使视线1805如图所示在风力涡轮机的水平面内相对于机舱旋转。或者，LIDAR单元可以包括用于将射束重定向到预期位置的旋转反射镜。所述LIDAR射束优选基本上平行于与地面/涡轮机底座平行的水平面延伸，从而使LIDAR射束测得的风的速度分量是垂直于转子平面的分量。
控制单元1712被配置为响应于所述雷达单元所做的测量来控制LIDAR单元。具体而言，控制单元基于雷达测量确定湍流区域的位置，并且控制LIDAR单元，从而将LIDAR射束调整为指向从涡轮机朝向所探测到的湍流的方向。优选可以通过使LIDAR旋转单元旋转直到LIDAR视线指向朝湍流的预期方向为止而实现这一目的。控制单元响应于由雷达单元收集到的以及由控制单元确定的指示湍流的数据确定湍流相对于风力涡轮机的方位，并向LIDAR单元发送控制信号，从而使得LIDAR射束视线受到调整，使之指向所探测到的湍流的方向。之后可以采用LIDAR装置执行对湍流区域的测量，从而更加精确地湍流的属性。具体而言，LIDAR装置能够更加准确地确定湍流区域内的风速，尤其是所述风速的平行于或者逆平行于所述LIDAR射束的分量。有利地，这种方案允许最初粗略地确定湍流属性以及湍流位置，之后由LIDAR系统提供对风速的更加详细的测量。其允许采用相对简单的LIDAR单元，例如，只需要单个射束而不是更加复杂的多射束布置或者其他更加复杂的对湍流定位所需的布置。提供两种不同的系统也是有利的，因为雷达系统能够探测到湍流的距离要比LIDAR系统在风速测量当中的探测距离远得多。例如，S频带或C频带雷达装置可以探测到处于几千米的范围内的湍流，而LIDAR装置可以具有几百米的风速检测有效范围。LIDAR装置在有限的有效范围内工作，因为风速以变化的方式演变，因而风速测量通常在更加靠近涡轮机的位置更确切。这种方案允许在湍流区域抵达LIDAR装置的有效探测距离极限之前探测到这些区域，从而为控制单元提供充分的时间将LIDAR射束定向到湍流方向内。
如图17所示，还可以将控制单元耦合至桨距系统1713和/或偏航系统1714。控制单元可以响应于来自雷达单元或LIDAR单元的输入来控制涡轮机的桨距或偏航，以避免可能由即将到来的极端风况(例如，湍流)导致的不必要的应变。
可以通过使湍流风速与预定值进行比较来确定所述控制单元所采取的关于所述桨距和/或偏航系统的行动。所述比较可以指示湍流风速超过了可能对涡轮机系统造成损坏的阈值风速。作为响应，控制单元可以控制偏航系统使涡轮机发生远离即将到来的湍流的偏航，或者控制桨距系统使叶片顺桨，并引发停顿，从而保护涡轮机不受损坏。
本发明的实施例能够使风力涡轮机充分预先检测极端风况，从而能够在极端状况抵达风力涡轮机之前采取规避行动。这样能够减轻极端条件有可能造成的灾难性的影响。控制单元对LIDAR信号进行处理，如果基于预定条件或阈值检测到可能导致涡轮机的极端负荷的湍流，那么所述单元可以输出适当的控制信号或命令。
控制单元响应于极端事件的探测而生成的控制信号可以包括如上所述的偏航信号和桨距信号。此外，可以采用功率控制信号，例如，其包括发电机停机命令、转子叶片桨距命令、发电机功率输出命令和/或推力极限命令。将这些命令输出到适当的控制单元，以调整风力涡轮机参数。
控制单元1712产生的功率控制信号可以使发电机功率水平从其正常工作设置点变为低于正常工作条件的水平。所发送的功率控制信号可以取决于极端事件的性质和严重程度，其可以包括发电机停机命令，控制器响应于该命令执行紧急停机。这可能涉及断开发电机触点，并避免发电，从而将发电机从其所附着的网络上断开。
尽管在一些极端事件当中，发电机停机是很重要的，但是如果有可能的话优选采取不太激烈的动作，因为在接收自LIDAR和雷达的信号指示极端事件已经过去并且可以恢复正常工作设置点时能够更快地撤销所述动作。
在LIDAR探测到湍流没有严重到需要彻底停机的情况下，控制单元可以在湍流抵达转子之前通过发电机电流需求信号或者桨距控制信号降低转子的旋转速度以及降低转矩。这样做的优点在于能够比自动触发停机的情况更快地恢复正常操作。
尽管已经相对于湍流的探测和缓解描述了实施例，但是实施例也可以采用雷达和LIDAR的组合来探测极端风速、极端运行阵风、极端方向变化和极端风切变，并输出适当的控制信号调整风力涡轮机属性，以避免对部件造成损坏。
调整涡轮机偏航和/或桨距所具有的优点在于缓解极端风况的影响，这意味着不必将诸如叶片的风力涡轮机部件设计为抵御极端风况的全部影响。因此，叶片和其他部件可以更轻，具有更少的材料，从而降低制造成本。或者，对于既定安装而言，可以采用大的叶片，从而能够从风中提取更多的能量。

Claims (15)

1.一种用于风力涡轮机的雷达系统，包括：
-第一雷达单元、LIDAR单元和控制单元，所述控制单元被布置为接收来自所述第一雷达单元和所述LIDAR单元的输出，所述控制单元包括中央处理单元，所述中央处理单元被配置为：
-执行第一功能，所述第一功能基于所述第一雷达单元的输出来确定所述风力涡轮机的监测区带内的飞行器的至少一个属性，基于所确定的属性来控制报警装置向探测到的飞行器输出报警信号；以及
-执行第二功能，所述第二功能基于所述第一雷达单元的测量结果来控制所述LIDAR单元并且基于所述LIDAR单元的输出来确定所述风力涡轮机附近的盛行天气的至少一个参数。
2.根据权利要求1所述的雷达系统，还包括第二雷达单元，所述控制单元被布置为接收来自两个雷达单元的输出；
-所述控制单元采用所述第一雷达单元的输出来执行所述第一功能；
-所述第二雷达单元被配置为探测所述风力涡轮机附近的盛行天气的至少一个参数，所述控制单元采用所述第二雷达单元的输出来执行所述第二功能。
3.根据权利要求1或2所述的雷达系统，其中，所述第二功能包括确定至少一个方向上的风速和/或确定风向。
4.根据权利要求1所述的雷达系统，其中，所述第一雷达单元在L频带内工作。
5.根据权利要求2所述的雷达系统，其中，所述第二雷达单元在S频带或C频带内工作。
6.根据权利要求1所述的雷达系统，还包括耦合至所述控制单元的一个或多个报警装置，所述报警装置是发光装置、音频发射装置或者无线电通信装置中的一个或多个。
7.根据权利要求1所述的雷达系统，其中，所述控制单元耦合至风力涡轮机桨距控制系统，所述控制单元被配置为基于探测到的飞行器的所确定的属性和/或根据所述第二功能确定的参数来控制所述风力涡轮机的叶片的桨距。
8.根据权利要求7所述的雷达系统，其中，控制桨距单元以关停所述风力涡轮机。
9.根据权利要求1所述的雷达系统，其中，所述控制单元耦合至风力涡轮机偏航控制系统，所述控制单元被配置为基于探测到的飞行器的所确定的属性和/或根据所述第二功能确定的参数来控制风力涡轮机的叶片的偏航。
10.根据权利要求1所述的雷达系统，还包括具有多个天线元件的雷达天线，所述天线元件与所述控制单元的所述中央处理单元进行通信，所述雷达天线与雷达电子部件进行通信，以形成用于对雷达覆盖区域中的飞行器进行雷达探测的所述雷达系统的一部分，其中，所述多个天线元件提供了所述风力涡轮机附近的360度雷达覆盖区域。
11.根据权利要求1所述的雷达系统，其中，所述控制单元被配置为通过控制发光系统来提供第一报警信号，并且通过控制无线电发射机系统提供第二报警信号。
12.根据权利要求1所述的雷达系统，其中，所述雷达系统是现场单元，所述现场单元是具有覆盖区域的多个现场单元之一，所述多个现场单元通过通信来交换与所述覆盖区域内的飞行器移动有关的信息。
13.一种操作风力涡轮机的雷达系统的方法，包括：
-提供第一雷达单元、LIDAR单元和控制单元，所述控制单元被布置为接收来自所述第一雷达单元和所述LIDAR单元的输出，所述控制单元包括中央处理单元；
-基于所述第一雷达单元的输出来确定所述风力涡轮机的监测区带内的飞行器的至少一个属性；
-基于所确定的属性来控制报警装置向探测到的飞行器输出报警信号；
-采用所述第一雷达单元的测量结果来控制所述LIDAR单元；以及
-采用所述LIDAR单元的输出来确定所述风力涡轮机附近的盛行天气的至少一个参数。
14.一种风力涡轮机，其包括权利要求1至12中的任一项所述的雷达系统。
15.根据权利要求14所述的风力涡轮机，其中，所述雷达系统被形成为安装在涡轮机塔架或机舱上的整体单元。
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