非相干多普勒测风激光雷达鉴频算法

非相干多普勒测风激光雷达鉴频算法刘延文;孙学金;张传亮;李绍辉【摘 要】风场对大气的运动状态和运动趋势具有很强的代表性,所以风场的测量精 度对数值天气预报和气候研究都至关重要.激光雷达具有很高的时空分辨率,在近几 十年发展迅速,在对地观测中的作用越来越大,尤其在大气风场的探测中得到了很大 的应用.本文从探测原理、分类和技术等方面分别对多普勒测风激光雷达进行了介 绍,并着重总结了非相干多普勒测风激光雷达的多普勒频移算法,可以为我国星载激 光雷达的研究提供参考.期刊名称】激光与红外年(卷),期】2018(048)010【总页数】10页(P1204-1213) 【关键词】 风;激光雷达;多普勒频移;边缘技术;条纹成像技术【作 者】 刘延文;孙学金;张传亮;李绍辉【作者单位】 国防科技大学气象海洋学院,江苏南京 211101;国防科技大学气象海 洋学院,江苏南京 211101;国防科技大学气象海洋学院,江苏南京 211101;国防科技 大学气象海洋学院,江苏南京211101【正文语种】 中 文【中图分类】 TN958.98;X8311引言 风对于大气能量循环、污染物扩散、水汽和气溶胶粒子的输送都有重要的影响,更 是大气环流的根本动力,是数值天气预报和气候研究中最迫切需要的数据,并且局地 风场在飞机起飞与着陆、火箭发射及军事等方面具具有重要的意义1-4,但在当前 全球观测系统中,对风的观测并不充分,和气压、温度、湿度等大气基本变量相比,风 的观测较为薄弱5。当今世界气象组织主要通过无线电探空网、机载仪器和气象 雷达来对风场进行探测,但无线电探空网分布不均匀,在南半球和洋面上观测数据有 限6,边界层以上的风速可以根据地转理论和气压测量值计算得到8,但该方法只适 用于中高纬地区,所以需要直接探测资料来对大气流动有更准确的认识。激光雷达 作为近几十年来快速发展的探测仪器,被用于温度8-9、气溶胶浓度和光学厚度10的测量,对风场的测量也有时空分辨率和探测精度高、探测范围大、响应速度 快的优点,星载激光雷达更是可以获得高精度的全球风场。多普勒测风激光雷达通 过测量随风场运动的分子和气溶胶粒子对激光造成的多普勒频移来实现风场的测量, 分子和气溶胶的后向散射光被激光雷达接收，通过干涉仪后光子被电荷耦合器(CCD) 接收,利用 CCD 上光子的累积和分布计算得到多普勒频移,利用多普勒频移就可以 得到风速,所以多普勒频移的计算精度决定了风速测量精度。对于边缘技术和条纹 成像技术,都有多种多普勒频移的检测算法,尤其对于条纹成像技术而言,不同算法的 计算精度、计算速度和计算稳定性都不同,所以需要根据不同的要求选择不同的算 法计算多普勒频移。本文总结了非相干测风激光雷达的不同算法,介绍个各种算法 的适用性,比较了不同算法的精度和误差。2 多普勒测风激光雷达的探测原理多普勒测风激光雷达发射激光脉冲并接收大气后向散射信号,大气分子和气溶胶粒 子随风场运动会与激光产生多普勒效应,从而改变散射回波的频率,通过测量和计算 得到多普勒频移,就可以计算出径向风速,其表达式为:vd=2vL0S/入（1）式中,vd为多普勒频移;vLOS为径向风速;入为波长。从式可以看出，多普勒频移 与目标物的运动速度及激光雷达的工作波长有关,当激光雷达的载荷确定后,多普勒 频移只与目标（分子或气溶胶）的运动速度有关。根据径向风速和激光的天顶角（地 基）或天底角（空基和天基）便可计算出水平径向风速,其表达式为:vHLOS二vLOS/sinO（2）其中,vHLOS为水平径向速度;e为天顶角或天底角。3 激光雷达的鉴频方法 按照鉴频方式不同,测风激光雷达可以分为非相干激光雷达11-13和相干激光雷达 14-15。相干技术首先利用光电二极管将光信号转化为电信号16,然后出射信号 与回波信号混频,拍频信号的频率就是回波信号的多普勒频移,主要用于大气中低层 Mie 散射回波信号的频移测量17；非相干技术利用光学鉴频器将频移转化为功率 强度或功率空间分布变化,通过测量功率、强度或功率空间分布的变化来反演风速 18,探测范围可到大气中高层。相干雷达的探测灵敏度、探测精度及信噪比高19,噪声功率小,对太阳背景光不敏 感20,但对光学准直性要求高,接收视场角的失配会严重影响激光雷达的性能,对于 短波长的多普勒激光雷达校准要求更为严格,且无法准确探测 Rayleigh 散射信号。 非相干探测对光学系统和激光性能的要求相对较低,系统结构简单,技术成熟且容易 实现,采用多脉冲累积可以提高信噪比和探测精度,减小激光散斑的影响,对 Rayleigh 散射和 Mie 散射信号都可以进行探测,利用短波长的激光可以提高 Rayleigh 散射强度,在气溶胶浓度为零的情况下也可以工作21。 非相干探测包括边缘技术和条纹成像技术。边缘技术是利用滤波器将后向散射回波 信号的频移转化为能量变化,通过测量能量变化计算多普勒频移；条纹技术则是利 用不同波长的光透过干涉仪后干涉条纹位置不同的原理来实现多普勒频移的测量, 可采用的干涉仪有F-P标准具和Fizeau干涉仪等。F-P标准具的干涉条纹呈环状, 且条纹的粗细和间隔不一致,风速与条纹半径变化为非线性关系22,需要阵列式探 测器动态追踪条纹变化,和线形像素探测器 CCD 不匹配,不利于测量23-24,利用环 状阴极倍增管可以解决此问题,但其量子效率较低25,另一种解决方法是将环形条 纹转变为线条纹，再用CCD探测26。Fizeau干涉仪的干涉条纹呈线形，可以直接 通过 CCD 检测条纹重心的变化来实现多普勒频移的测量23,这种鉴频系统光路简 单,系统效率高,干涉仪口径要求低27。条纹技术一般用于测量 Mie 散射信号,而边 缘技术对 Rayleigh 散射信号和 Mie 散射信号都可以测量,在敏感性上两种方法并 没有显著的不同21,风速测量精度十分接近28。3.1 边缘技术边缘技术可利用F-P标准具、M-Z干涉仪29-31、Michelson干涉仪、光栅、各 种原子和分子滤波器32,如钠、钾、碘33、银蒸汽滤波器等,探测灵敏度依赖于 分子与气溶胶的后向散射率及风速大小,F-P标准具是非相干探测的主要鉴频器 34-37,其透过率曲线具有陡峭的边缘,入射光频率变化会使透射光的的强度发生明 显变化。3.1.1 单边缘技术由于标准具透过率曲线半宽点对应频率处的斜率最大,所以出射激光的频率uE锁定 在此处，微小的频移将使标准具的透过率发生明显变化。由于布朗运动,Rayleigh散 射和 Mie 散射光谱的谱宽有很大差别,但都可用高斯函数来表示:(3)式中QX为散射信号光谱的标准差，下标“x”表示不同散射类型，“R ”表示Rayleigh散射，“M”表示Mie散射。分子散射光谱的标准差oR=(8kT/m入2)1/2;Mie散射谱线宽度表示为oM=ouO/(8ln2)1/2QuO为发射激光的谱宽。通过标准 具的光是入射光光谱和标准具透过率曲线h(v)的卷积，表示为：T(u)二fx(u)*h(u)(4)其中,“*”表示卷积,所以透过干涉仪的能量为：I(u)=IOT(u)(5)其中,I0为入射光的光强。标准具的频率灵敏度的定义为：单位频率变化造成透过率的相对变化,表达式为：(6)根据多普勒频移和速度之间的关系:ud=2v/入标准具的速度灵敏度(单位速度变化引 起标准具透过率的相对变化)表达式为：(7)则径向速度为:(8)式中为回波信号的强度；II为回波信号通过标准具后的强度；IE为发射激光的光 强;IE为出射激光透过标准具的强度。3.1.2 双边缘技术 双边缘技术是单边缘技术的改进,其测量灵敏度和精度比单边缘技术都要高37。 标准具中心以一定间隔分开,得到两个分辨率、精度、频谱分布相同,但峰值透过率对应频率不相同的两个通道,出射激光频率锁定在两个透射率曲线的交叉位置,回波 信号通过标准具两个通道的能量随频率变化,利用两个通道上接收到的能量,便可以 计算出回波信号的频移,其测量原理如图1所示。图1基于F-P标准具的Rayleigh散射多普勒测量原理及CCD成像Fig.1Rayleigh scattering doppler measurement principle based on F-P interferometer and CCD imaging双边缘技术包括连续双通道技术和离散双通道技术,两种技术原理相同,只是回波信 号在探测器内的路径不同,离散双通道技术是利用分光片将回波信号平均分为两束 38,然后分别通过标准具的两个通道,当风速为零时,两个通道上接收到的能量相等, 当径向风速不为零时,回波信号频率改变,透过两个通道的的能量不相等,利用两个标 准具透过的能量便可计算出频移,其离散双边缘透过率如图2所示。图 2 离散双边缘透过率 Fig.2 Discrete double-edge transmittance 连续双通道技术不再将大回波信号分离,而是直接进入一个通道,该通道的反射信号 进入另一个通道，如图3所示，假设通道A和通道B的透过率都为10%,回波信号首 先进入通道A,10%的光子透过通道A,90%的光子被反射进入通道B,则通过通道B 的光子数仅占总光字数的9%(90%x10%),虽然两通道的透过率的相同，但由于进入 通道B的信号是通道A上的反射信号，所以风速为零时，透过两通道的能量也不相等, 但较传统离散双F-P标准具的效率更高39-40。图3连续双边缘F-P标准具示意图及双边缘透过率Fig.3 Schematic of continuous double-edge F-P interferometer and double-edge transmittanceChanin依托于双边缘的高敏感性提出了多普勒频率响应函数R34,41,响应函数R 是多普勒频移的单值函数，从而可以利用响应函数求得多普勒频移，在风速为-100 100 m/s范围内，响应函数为一条直线，表达式为：(9)其中,NA和NB分别表示回波信号通过标准具两个通道的光子数，可表示为：(10)通过F-P标准具后光子探测器接收到的光子数由F-P标准具的透过率决定的，所以 响应函数可以表示为：(11)其中,TA和TB分别表示F-P标准具两个通道的透过率。响应函数廓线反映了各高度回波信号频率的变化,利用系统标定函数与大气温度廓 线可以计算出不同高度的多普勒频移42。Korb自1992年以来一直致力于边缘 技术研究，并和Flesia提出了另一种响应函数的表达式43-46:(12)根据相同的原理,响应函数还可以表示为:R3=T1-T2(13)(14)除了 Korb提出的多普勒频率响应函数之外，其他响应函数在正常风速所产生的多 普勒频率范围内,敏感性都较高，但响应函数R1和R4在风速较大时略高，但是并不 明显,所以在应用中需要根据实际需求选择不同的响应函数。不同响应函数曲线如 图4所示。图 4 不同响应函数曲线 Fig.4 Different response function curves根据响应函数的反函数便可以确定多普勒频移的大小,表达式为:(15)其中,R(vd)和R(0)分别为回波信号和出射激光在标准具两个通道信号的比值。3.2 条纹技术 条纹技术是基于光透过干涉仪后干涉条纹的位置受波长影响而提出的,通过测量干 涉条纹的位置变化可以获得多普勒频移32,47,使用多通道探测器进行测量,条纹分 布在各个通道上的能量随多普勒频移变化,即条纹重心发生移动,通过测量条纹重心 的相对移动就可以计算风速48。常用的干涉仪有F-P标准具、M-Z干涉仪29、Michelson干涉仪和Fizeau干涉仪，但由于Fizeau干涉仪和M-Z干涉仪的干涉条 纹呈线形,确定条纹重心更加简单。Fizeau干涉仪由两块光学平板组成，两块平板之间以一定的楔角分开，回波信号通过平板间的楔形空间后,沿楔角方向形成干涉条纹,其强度分布可以用 Airy 函数来描述:(16)式中,t和R分别为干涉仪的透过率和反射率;申为相位因子g=4ndv/c;d为平板间 距，可以表示为d二dO-ay,其中d0为平板中心间距;a为楔角，如果频率为v0的激光 透过干涉仪后的条纹位于干涉仪的中心dO处，则频率为vO+vd的回波信号的干涉 条纹位于dOvO=d(vO+vd )处，于是条纹在探测器上的位置为：(17)式中,vd为多普勒频率;vr为径向速度;c表示光速。由于vd vO,所以得到公式(17) 的近似结果，最大测量速度范围由楔角a决定。Fizeau干涉仪工作原理如图5所示。图 5 Fizeau 干涉仪原理 Fig.5 Principle of Fizeau interferometer回波信号通过干涉仪后被CCD探测器接收，由于条纹位置随多普勒频移发生变化， 所以光透过干涉以后,CCD每一个像素单元上接收的光子数会变化，通过计算出条纹 的重心,重心对应的频率便为多普勒频移,计算条纹重心的方法有重心法、高斯相关 法、极大似然函数法、下降单形算法等。3.2.1 重心法重心法是确定条纹重心最常用的方法，由Gagne等人于1974年提出，表达式为：(18)其中,C为利用条纹计算得到的中心波长;k为CCD上强度最大的像元对应的序 号m=2或3;Ii为第i个条纹的强度；ui为第i个条纹的中心波长。大气的径向 风速为：vLOS=(C-8.5)xvUSR/16(19)式中,vUSR为有用光谱范围对应的速度。重心法的误差随风速的增大而增大，当风 速超过100 m/s时，误差会有一个较大的跃变，这是由风速大小造成的，称之为边缘 偏差,并且计算结果具有周期性振荡。重心法计算的重心位置和误差如图6所示。图 6 重心法计算的重心和误差 Fig.6 Orthocenter and error caculated by using centroid method3.2.2 高斯函数拟合法 假设探测器上的信号服从高斯线形,当它的一级导数为零时,函数达到最大值,该值对 应频率便为多普勒频移。高斯函数与波长和半峰全宽有关,其表达式为：其中,Ii为信号强度入为波长，则第i个条纹间隔内高斯函数的表达式为:(21)式中,imax为用于计算的条纹序号的最大值;入0为中心波长，为了确定高斯曲线的最 大值,假设函数的一级导数为0,则：(22) 通过计算导数得到入0便可计算风速。这便要求预先设定一个入0的值进行迭代,通 过计算入n和增加步长来计算得到入n + 1,其反演算法写为：(23)该方法需要提前假设一个未知参数，即高斯函数的半峰全宽入FWHM,其数值大小 和信号在探测器上的半峰全宽FWHM非常接近，输入不同的FWHM,将会导致不同 的系统误差,当风速较大时(超过50 m/s),也会出现和重心法相同的误差跃变。当输 入的入FWHM较大时，这种误差跃变会更明显,灵敏度会减小。不同风速时的条纹 分布及高斯函数拟合曲线如图7所示。图7不同风速时的条纹分布及高斯函数拟合曲线Fig.7 The fringe distribution and the curve of gaussian function fitting of different wind velocity3.2.3 极大似然函数法 对于多通道探测器而言,每个通道上的光子数是光谱宽度、多普勒频移、自由光谱 区间及系统接收总能量的函数,且每一通道探测到光子数的概率服从泊松分布,通过 定义似然函数,当似然函数取得最大值时对应的频率就是回波信号的频率。假设NFiz(i)为CCD上第i个通道上探测到的光子数,Ni(入)为对应通道上强度随波 长的分布，用A表示Ni(入)的概率密度函数,表示为检测到NFiz(i)的可能性，最大似然 方法就是找到八的最大值来作为Ni(入)的一个函数，该算法由Helstrom和VanTree 于 1968 年提出,被 Frehlich、Yadlowsky 和 Smalikho 应用于非相干激光雷 达系统中49-51。假设强度分布服从洛伦兹线型,密度分布函数服从洛伦兹线形并代表概率密度函数 (似然函数),则洛伦兹函数可以表示为:(24)其中，入FWHM为信号半宽，探测器上的光子数为：Ne(入)二ns*L(入D)(25)式中,ns为CCD上所有的光子数，则光子的分布表示为：(26)其中，入D为波长变化。通道i(i = 1,2,3,.,16)上的平均光子数为：(27)入pix二入USR/16 为每个通道的宽度,a = i入pix-入D-入USR/2,b=(i+1)入pix- 入D-入USR/2。求解积分公式得到每一个通道的光子数：(28)将方程进行整理得到：(29)其中,ns和入D为方程中的未知参数。最大似然函数A将用概率密度函数p来表 示,p是关于强度分布Ni(入)的函数：A(入D,ns)二nip(Ni)(30)在通道i上探测到NFiz(i)的概率p服从泊松分布，它是Ni(入)的理论平均数和CCD 上探测得到的光子数NFiz(入)的函数(为了简便，将Ni(入)写为Ni将NFiz(入)写为 NFiz)：(31)为简化后面的运算,对式(31)采用对数运算：Ain(入D,ns)=ln(nip(Ni)(32)当函数取最大值时，便可以得到入D的值根据式(31)和式(32)可得到：(33)(34)式(34)等号右边第二项为探测器上探测得到的强度,是一个常数值，用C来表示，第三项为信号强度ns:(35)将式(28)代入式(35)中得到：(36)该方程无法得到解析解，所以需要进行迭代来得到近似解，未知参数入D用入pix(E-0.5入USR)来替换,E为算法的步长宽度(通常为0.0024 pm)。利用最大似然函数法计算风速时,误差随着风速的增大而增大，风速大于50 m/s时 同样会产生跃变。3.2.4 下降单纯形法下降单纯形法由Nelder和Mead于1965年提出，单纯形法的基本思路是在N维 空间中,构造一个非退化的初始单纯形,然后做一系列的几何操作,如反射、扩展、收 缩等,逐步往极值点移动该单纯形。在一个几何体(单形)内确定一个多于一个变量的 函数的极值，单形的尺度是多维的并且试图将极值限制在单形体内，在n维空间中具 有(n + 1)个角的最简单的几何体是三角形,计算的每一步，对单形每一个角进行分析 并将效果最差的角用另一个来替换,区别于其他算法,该算法不需要求导数,并且是绝 对收敛的,1988年下降单纯形法得到了具体的应用。假设气溶胶的后向散射信号满足洛伦兹线型,在计算过程中变化的参数有FWHM(a1)和最大值的位置(a2),这两个参数可以描述多普勒频移。该算法在计算 时，需要给定al和a2,通过每一步迭代，原来的初始值会有一个改变量Aa,并与初始 值结合，结合的方式有三种(a1,a2;a1+Aa,a2;a1,a2+Aa),从而每一组值产生三个洛 伦兹函数,洛伦兹曲线由式(24)表示,该算法的表达式为:(37)式中,A为振幅，由CCD上的最大强度来决定，每一个像素点由10个点来表示，如果 CCD有16个像素就会产生160个波长间隔，一系列的测试表明该种波长间隔是最 优的，将产生的曲线与CCD上的信号的偏差的平方相加，三个结果代表了单形的每 一个角(n=2),将每一个角的误差进行比较并将误差最大的角进行替换，如果误差达 到一定的阈值,则达到了洛伦兹曲线的最优参数。该算法被用于决定信号最大值的 位置和信号的FWHM。下降单纯形法对于初始给定的FWHM的值非常敏感相比于重心法和高斯拟合法 算,下降单纯形法的误差不会随风速的增大而增大,即误差不会出现跃变。重心法是计算多普勒频移最简单的算法,但其计算误差随风速的增大而增大,计算结 果具有周期性振荡,因此在风速较大的情况下,适用性较差,并且算法会引入振荡误差； 当风速较小时,最大似然法与高斯拟合法反演的风速误差相当,但高斯拟合法目标函 数明确,计算速度快,易于实时处理,而极大似然法计算速度较慢,计算时间不稳定,不 利于风速的实时反演,但当风速较大时,极大似然法的计算结果仍然保持较高的精度, 不会出现误差的跃变,这是高斯拟合方法无法达到的。因此,实际风速反演时,可以同 时利用高斯拟合和最大似然法,利用高斯拟合方法计算大风速,利用最大似然法反演 小风速，风速大小则是根据CCD上条纹能量最大值所在的通道位置和光谱宽度来判 定,当最大能量通道的位置接近边缘时认为风速较大。并且最大似然法反演风速受 信噪比影响较大,而高斯拟合法受信噪比影响较小。4总结 随着激光技术的发展和日益成熟,利用激光雷达测量大气参数已经成为一种发展趋 势,而且激光雷达已经已经可以实现气溶胶后向散射系数、消光系数、偏振态、水 汽混合比和大气密度等气象要素的探测,多普勒测风激光雷达可以提供高精度、高 时空分辨率的探测数据,并且星载多普勒测风激光雷达可以提供全球风场信息。欧 洲已经于上世纪末提出了基于激光技术的大气风场测量计划(ADM-Aeolus),这一 计划的核心是研制星载多普勒测风激光雷达ALADIN(Atmospheric LaserDoppler Instrument),以获取对流层以及平流层底层的风廓线。而测风时准确的计 算多普勒频移是高精度探测风场的必要条件。文章总结了非相干多普勒测风激光雷 达的鉴频方式,及不同鉴频方式下多普勒频移的算法及其优缺点,并分析了不同算法 的适用范围,从而可以根据不同条件选取不同的鉴频方式和鉴频算法。 目前我国多家科研单位的激光雷达研制能力达到了世界先进水平,并且已经开展星 载激光雷达的研究,实现全球云、气溶胶和风场垂直结构的自主观测,以提高我国地 球探测能力及气象预报和气候预测水平,促进我国科研事业的发展。相信在各单位 的共同努力下,我国不同技术体制的星载激光雷达一定能够快速发展。参考文献:【相关文献】1 BU Zhichao.Study on the system design and data processing algorithm for coherent doppler wind lidarD.Beijing：Beijing Institute of Technology,2014.(in Chinese) 步志超相干测风激光雷达系统设计及数据处理算法研究D.北京：北京理工大学,2014.2 HUANG Ronghui,GU Lei,CHEN Jilong,et al.Recent progresses in temporal-spatial variations of the east asian monsoon system and their impacts on climate anomalies in ChinaJ.Chinese Journal of Atmospheric Sciences,2008,32(4):691-719.(in Chinese) 黄荣辉，顾雷，陈际龙，等东亚季风系统的时空变化及其对我国气候异常影响的最近研究进展几大气 科学,2008,32(4):691-719.3 World Meteorological Organization.Preliminary statement of guidance regarding how well statellite capabilities meet WMO user requirements in several application areasR.WMO/TD,1998.4 Dabas A.Observing the atmospheric wind from spaceJ.Comptes Rendus Geoscience,2010,342(4-5):370-379.5 Chanin M L,Garnier A,Hauchecorne A,et al.A Doppler lidar for measuring winds in the middle atmosphereJ.Geophysical Research Letters,1989,16(11):1273-1276.6 Marseille G J,Stoffelen A.Simulation of wind profiles from a space-borne Doppler wind lidarJ.Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society,2003,129(594):3079-3098.7 Khaykin S M,Hauchecorne A,Porteneuve J,et al.Ground-Based Rayleigh-Mie Doppler Lidar for Wind Measurements in the Middle AtmosphereC.ILRC 27,2016:119.8 She C Y,Krueger D A,Hair J W,et al.High-Spectral-Resolution Lidar with Iodine-Vapor Filters:Measurement of Atmospheric-State and Aerosol ProfilesJ.AppliedOptics,2001,40(30):5280-94.9 Witschas B,Lemmerz C,Reitebuch O.Daytime measurements of atmospherictemperature profiles (2 -15 km) by lidar utilizing Rayleigh-Brillouin scattering.J.Optics Letters,2014,39(7):1972-1975.10 Esselborn M,Wirth M,Fix A,et al.Airborne high spectral resolution lidar for measuring aerosol extinction and backscatter coefficientsJ.Applied Optics,2008,47(3):346.11 TANG Lei,JIANG Shan,LI Zimu,et al.Performance improvement of rayleigh wind lidar and wind field observation in middle and upper atmosphere LasersJ.Chinese Journal of Lasers,2016(7):263-272.(in Chinese)唐磊,蒋杉,李梓霂，等瑞利测风激光雷达系统性能改进与中高层大气风场观测J.中国激 光,2016,(7):263-272.12 SHU Zhifeng,TANG Lei,DONG Jihui,et al.Performance of the triple fabry-perot etalon for wind lidarJ.Acta Optica Sinica,2010,30(5):1332-1336.(in Chinese)舒志峰，唐磊，董吉辉，等用于测风激光雷达的三通道法布里-珀罗标准具性能分析J.光学学 报,2010,30(5):1332-1336.13 DING Hongxin,SUN Dongsong,YANG Zhao,et al.Accuraacy affected by the beam divergence in a Fabry-Perot etalon based wind lidarJ.Laser & Infrared,2004,34(1):18- 20.(in Chinese)丁红星，孙东松，杨昭，等测风激光雷达光束发散对测量精度的影响J.激光与红外,2004,34(1):18-20.14 JIA Xiaodong,SUN Dongsong,XIE Shaoliang,et al.Implement of parallel retrieval algorithm for wind velocity based on multicore DSP in coherent wind lidarJ.Infrared and Laser Engineering.2016,45(9):136-141.(in Chinese)贾晓东，孙东松,谢绍亮，等相干测风激光雷达中多核DSP并行风速反演算法的实现J.红外与激光工 程,2016,45(9):136-141.15 ZHANG Fangpei,XUE Haizhong,HU Yongzhao,et al.Coherent doppler wind lidarJ.Journal of Applied Optics.2009,30(6):1045-1050.(in Chinese)张芳沛，薛海中，胡永钊,等相干多普勒测风激光雷达J.应用光学,2009,30(6):1045-1050.16 ZHANG Dian.Analysis on measure error of direct detection wind lidarD.Tianjin:Civil Aviation University of China,2016.(in Chinese)章典非相干激光雷达误差分析D.天津：中国民航大学,2016.17 GAO Jian.UV wind measurement lidar double-edge filter dectectionD.Harbin：Harbin Institute of Technology,2007.(in Chinese)郜键紫外测风激光雷达双边缘滤波器分析及性能检测D哈尔滨：哈尔滨工业大学,2007.18 Kohle A.Design of a direct-detection doppler wind lidar for spaceflightJ.Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering,1998 ： 3494.19 LIU Bing,TAO Wei,KE Zungui,et at.Balance coherent detection technology of coherent lidarJ.Laser Technology,2015,39(1):46-49.(in Chinese)刘兵，陶炜，柯尊贵,等相干激光雷达平衡式相干探测技术研究几激光技术,2015,39:46-49.20 ZHU Xiaopeng,LIU Jiqiao,DIAO Weifeng,et al.Study of coherent doppler lidar systemJ.Infrared,2012,33(2):8-12.(in Chinese)竹孝鹏，刘继桥,刁伟峰，等相干多普勒测风激光雷达研究几红外,2012,33(2):8-12.21 Mckay J A,Rees D.Space-based doppler wind lidar:modeling of edge detection and fringe imaging Doppler analyzersJ.Advances in Space Research,2000,26(6):883-891.22 LIU Jiqiao,BU Lingbing,ZHOU Jun,et al.Optical frequency discriminator of amobile direct-detection doppler wind lidarJ.Chinese Journal of Laser,2006,33(10):1339-1344.(in Chinese)刘继桥，卜令兵，周军，等车载直接探测多普勒测风激光雷达光学鉴频器J.中国激 光,2006,33(10):1339-1344.23 SHEN Fahua,SUN Dongsong,CHEN Min,et al.J.Wind lidar based on Fizeau interferometerJ.Infrared and Laser Engineering,2006,35(6):691-695.(in Chinese) 沈法华，孙东松，陈敏，等对基于Fizeau干涉仪的测风激光雷达的研究J.红外与激光工 程,2006,35(6):691-695.24 SHEN Fahua.Study of the wind lidar based on Fizeau interferometerD.Suzhou:Soochow University,2006.(in Chinese) 沈法华基于Fizeau干涉仪的测风激光雷达的研究D.苏州:苏州大学,2006.25 Killeen T L,Kennedy B C,Hays P B,et al.Image plane detector for the Dynamics Explorer Fabry-Perot interferometerJ.Applied Optics,1983,22(22):3503.26 Irgang T D,Hays P B,Skinner W R.Two-channel direct-detection Doppler lidar employing a charge-coupled device as a detectorJ.Applied Optics,2002,41(6):1145-1155.27 BU Lingbing,CHEN Weibiao,ZHOU Jun,et al.Studies of fringe-technique wind lidarJ.Acta Photonica Sinica,2009,38(1):175-178.(in Chinese)卜令兵，陈卫标，周军，等条纹技术测风激光雷达研究J.光子学报,2009,38:175-178.28 Mcgill M J,Li S X.Spaceborne simulations of two direct-detection Doppler lidar techniquesJ.Nineteenth International Laser Rader Conference,1998:591-593.29 TAN Linqiu,HUA Dengxin,WANG Li,et al.Wind velocity retrieval and field widening techniques of fringe-imaging Mach-Zehnder interferometer for Doppler lidarJ.Acta Physica Sinica,2014,(22):195-203.(in Chinese)谭林秋，华灯鑫，汪丽，等.Mach-Zeh nder干涉仪条纹成像多普勒激光雷达风速反演及视场展宽技术 J.物理学报,2014,(22):195-203.30 WANG Li,TAN Linqiu,LI Shichun,et al.Study and simulation of frequency discriminator for doppler wind lidar based on fringe imaging Mach-Zehnder interferometerJ.Chinese Journal of Quantum Electronics,2013,(01):98-102.(in Chinese)汪丽，谭林秋,李仕春，等基于Mach-Zehnder干涉仪条纹成像技术的多普勒测风激光雷达鉴频系统 研究及仿真J 量子电子学报,2013,(01):98-102.31 TAN Linqiu,HUA Dengxin,WANG Li,et al.Numerical simulation for wind lidar based on optical fiber mach-zehnder interferometerJ.Acta Photonica Sinica,2015,(07):119-125.(in Chinese)谭林秋，华灯鑫，汪丽，等光纤Mach-Zehnder干涉仪测风激光雷达技术与数值仿真J.光子学 报,2015,(07):119-125.32 LIU Jiqiao,CHEN Weibiao,HU Qiquan.A wind direct-detection doppler lidar based on a multi-beam Fizeau interferometerJ.Chinese Journal of AtmosphericSciences,2004,28(5):762-770.(in Chinese)刘继桥，陈卫标,胡企铨基于斐索干涉仪的直接探测多普勒测风激光雷达J.大气科 学,2004,28(5):762-770.33 LIU Jintao,CHEN Weibiao,SONG Xiaoquanm.Theory of iodine filter based on high spectral resolution lidarJ.Acta Optica Sinica,2010,(06):1548-1553.(in Chinese) 刘金涛，陈卫标,宋小全基于碘分子滤波器的高光谱分辨率激光雷达原理J.光学学 报,2010,(06):1548-1553.34 Gentry B M,Chen H,Li S X.Wind measurements with 355 nm molecular Doppler lidarJ.Optics Letters,2000,25(17):1231-1233.35 Garnier A,Chanin M L.Description of a Doppler rayleigh LIDAR for measuring winds in the middle atmosphereJ.Applied Physics B,1992,55(1):35-40.36 Flesia C,Korb C L.Theory of the double-edge molecular technique for Doppler lidar wind measurementJ.Appl Opt,1999,38(3):432-440.37 Mckay J A,Rees D.Space-based Doppler wind lidar:Modeling of edge detection and fringe imaging Doppler analyzersJ.Advances in Space Research,2000,26(6):883-891.38 ZHONG Zhiqing,SUN Dongsong,WANG Bangxin,et al.Doppler wind lidar based on Fabry-Perot etalonJ.Infrared and Laser Engineering,2006,35(6):687-690.(in Chinese) 钟志庆，孙东松,王邦新，等基于Fabry-Perot标准具的多普勒测风激光雷达J.红外与激光工 程,2006,35(6):687-690.39 Reitebuch O,Chaloupy M,Chinal E,et al.ADM-Aeolus prelaunch campaigns with an airborne instrument demonstratorC.ADM-Aeolus Workshop.DLR,2006:42.40 Reitebuch O,Lemmerz C,Nagel E,et al.The Airborne Demonstrator for the Direct- Detection Doppler Wind Lidar ALADIN on ADM-Aeolus.Part I:Instrument Design and Comparison to Satellite InstrumentJ.Journal of Atmospheric & OceanicTechnology,2009,26(2009-12):2501-2515.41 Chanin M L,Garnier A,Hauchecorne A,et al.A Doppler lidar for measuring winds in the middle atmosphereJ.Geophysical Research Letters,1989,16(11):1273-1276.42 ZHEN Jun,SUN Dongsong,DOU Xiankang,et al.60 km Rayleigh Doppler lidar and wind measurementJ.Infrared and Laser Engineering,2016,45(10):81-86.(in Chinese)郑俊，孙东松,窦贤康，等.60 km瑞利多普勒激光雷达及其风场探测J.红外与激光工 程,2016,45(10):81-86.43 Flesia C,Korb C L,Hirt C.Double-edge molecular measurement of lidar wind profiles at 355 nmJ.Optics Letters,2000,25(19):1466-1468.44 Flesia C,Korb C L.High accuracy direct detection Doppler wind lidar measurements using the molecular double edge techniqueC.Pacific Rim Conference on Laser and Electro-Optics,1999(2):141-142.45 Korb C L,Gentry B M,Weng C Y.Edge technique:theory and application to the lidar measurement of atmospheric windJ.Applied Optics,1992,31(21):4202.46 Flesia C,Korb C L.Theory of the double-edge molecular technique for Doppler lidar wind measurementJ.Appl Opt,1999,38(3):432-40.47 SHEN Fahua,SUN Dongsong,CHEN Min,et al.Analysis of principle of wind velocity measurement with Fizeau interferometerJ.Chinese Journal of Quantum Electronics,2006,23(3):330-334.(in Chinese)沈法华，孙东松，陈敏，等利用Fizeau干涉仪进行激光风速测量的原理分析J.量子电子学 报,2006,23(3):330-334.48 SHAN Kunling,BU Lingbing.Research of direct-detection Doppler wind lidar based on Fizeau interferometerJ.Journal of Ludong University:Natural Science Edition,2007,23(1):62-66.(in Chinese)单坤玲，卜令兵基于Fizeau干涉仪的直接探测多普勒测风激光雷达研究J.鲁东大学学报:自然科学 版,2007,23(1):62-66.49 Frehlich R G,Yadlowsky M J.Performance of mean-frequency estimators for Doppler radar and lidarJ.Journal of Atmospheric & Oceanic Technology,1994,11(5):1217.50 Smalikho I.Techniques of wind vector estimation from data measured with a scanning coherent Doppler lidarJ.Journal of Atmospheric & Oceanic Technology,2003,20(20):276- 291.51 Paffrath U.Performance assessment of the aeolus Doppler wind lidar prototypeD.Tech ni sche Uni versit吞t MUn che n,2006.