This work presents an analytical formulation to assess the six-degrees-of-freedom motion-induced error on floating Doppler Wind lidars (FDWL). Error products are the horizontal wind speed bias and apparent turbulence intensity. Departing from a geometrical formulation of the FDWL attitude and of the lidar retrieval algorithm, the rotational and translational motion contributions to the FDWL-measured total error are computed. Central to this process is the interpretation of the velocity-azimuth-display retrieval algorithm in terms of a first-order Fourier series. The obtained 6-DoF formulation is numerically validated by means of a floating-lidar motion simulator and, experimentally, in the framework of the 25-day near off-shore measurement campaign carried out at Pont del Petroli, Barcelona, involving a fixed and a floating ZephIR TM 300 lidar. The proposed formulation proved itself able to estimate the motion-induced FDWL horizontal-wind-speed bias and returned similar percentiles to when comparing the FDWL to the fixed lidar. The estimations of the turbulence intensity increment statistically matched the FDWL measurements under all motional scenarios when clustering the data as a function of the buoy mean tilt and translational velocity.
Este trabajo presenta una formulación analítica para evaluar el error inducido por el movimiento de seis grados de libertad en los lidares eólicos Doppler flotantes (FDWL). Los productos del error son el sesgo de la velocidad horizontal del viento y la intensidad de la turbulencia aparente. Partiendo de una formulación geométrica de la actitud del FDWL y del algoritmo de recuperación del lidar, se calculan las contribuciones del movimiento rotacional y traslacional al error total medido por el FDWL. Un aspecto central de este proceso es la interpretación del algoritmo de recuperación de velocidad-azimut-disparo en términos de una serie de Fourier de primer orden. La formulación 6-DoF obtenida se valida numéricamente mediante un simulador de movimiento de un lidar flotante y, experimentalmente, en el marco de la campaña de medición de 25 días cerca de la costa llevada a cabo en Pont del Petroli, Barcelona, con un lidar ZephIR TM 300 fijo y otro flotante. La formulación propuesta demostró ser capaz de estimar el sesgo de la velocidad del viento horizontal inducido por el movimiento del FDWL y devolvió percentiles similares al comparar el FDWL con el lidar fijo. Las estimaciones del incremento de la intensidad de la turbulencia coincidieron estadísticamente con las mediciones del FDWL en todos los escenarios de movimiento al agrupar los datos en función de la inclinación media de la boya y la velocidad de traslación.
Aquest treball presenta una formulació analítica per avaluar l'error induït pel moviment de sis graus de llibertat als llidars eòlics Doppler flotants (FDWL). Els productes de l'error són el biaix de la velocitat horitzontal del vent i la intensitat de la turbulència aparent. Partint d'una formulació geomètrica de l'actitud del FDWL i de l'algorisme de recuperació del lidar, es calculen les contribucions del moviment rotacional i translacional a l'error total mesurat pel FDWL. Un aspecte central d'aquest procés és la interpretació de l'algorisme de recuperació de velocitat-azimut-tret en termes d'una sèrie de Fourier de primer ordre. La formulació 6-DoF obtinguda es valida numèricament mitjançant un simulador de moviment d'un lidar flotant i, experimentalment, en el marc de la campanya de mesurament de 25 dies a prop de la costa duta a terme a Pont del Petroli, Barcelona, ??amb un lidar ZephIR TM 300 fix i un altre flotant. La formulació proposada va demostrar ser capaç d'estimar el biaix de la velocitat del vent horitzontal induït pel moviment del FDWL i va tornar percentils similars en comparar el FDWL amb el lidar fix. Les estimacions de l'increment de la intensitat de la turbulència van coincidir estadísticament amb els mesuraments del FDWL a tots els escenaris de moviment en agrupar les dades en funció de la inclinació mitjana de la boia i la velocitat de translació.
