单多普勒激光雷达多种数据产品反演算法研究

当前多普勒激光雷达是一种测量大气参数的高新技术，应该发挥更大的作用，但能够同时测量温度，风场，气溶胶参数的系统目前还没有报道。本文提出基于单多普勒激光雷达的大气温度，风场，气溶胶参数反演算法研究，目的是实现单多普勒激光雷达多大气参量测量；同时提出了准双多普勒激光雷达测量水平风场的方案。关键技术包括：基于单碘池滤波器的接收系统改造和大气温度廓线反演方法的确立；准双多普勒激光雷达测量水平风场的方案与实验设计，实现准双多普勒激光雷达风场测量；多普勒激光雷达风场反演算法的改进，海面风场高度矫正算法改进；大气风场灵敏度曲线的非线性修正。最后根据单部多普勒雷达反演出大气风场，温度和气溶胶参数数据产品，为多普勒激光雷达的走出实验室、走向应用奠定基础。

本项目在原有的车载多普勒测风激光雷达的基础上，进行了必要的硬件升级改造和多种数据产品反演方法研究，实现了多普勒激光雷达多大气参数测量。.　　通过模拟采样和光子计数数据融合及风速灵敏度非线性校正，优化了风场反演算法，提高了风速测量精度，印证实验表明激光雷达和探空气球的风速标准偏差约为2 m/s。进行系统改造并首次实现了车载激光雷达运动测量，提高了系统的机动性和实用性。.　　建立了双基站激光雷达三维风场反演方法，并利用激光雷达体扫数据进行了验证，弥补了单基站方法依赖风场均匀假设的不足。.　　提出了多仰角扫描测量海面风场的方法，解决了原有方法无法实现风速数据高度自校正的问题，实现了激光雷达海面风场的独立测量。.　　开展激光雷达硬件改造和反演方法研究，实现了多普勒激光雷达大气温度反演，激光雷达和探空气球的温度测量标准偏差在5 km和16 km范围内分别为1 K和3 K。.　　以上研究成果使多普勒激光雷达成为了能够测量大气风场、温度和气溶胶光学参数的多大气参数综合探测设备，拓展了其测量能力和应用领域，为激光雷达的业务化应用提供了保障。