相干测风激光雷达具有风场测量精度高、高时空分辨率、探测范围广等突出优点, 已广泛应用于风切变探测、飞机尾流探测、风力发电和大气湍流探测等方面。如何从大气回波信号中提取微弱的多普勒频移信息是激光雷达信号处理的难点。基于大气分层模型仿真生成相干激光雷达大气回波信号, 对模拟回波信号应用不同的时频分布进行时频分析。随后对比了时频分析的效果, 自适应最优核时频分布具有运算量小, 交叉项抑制效果好, 时频聚集度高等优点。最后, 使用1.5 μm相干多普勒激光雷达于2017年3月份在安徽合肥进行实地观测, 将自适应最优核时频分布应用于实测数据, 与传统的快速傅里叶方法对比风速反演结果。结果表明: 自适应最优核时频分布能更好地反映出风速细节信息, 3 km内距离分辨率为1.2 m, 3 km后经平滑保持了对远场弱信号风速估计的连续性, 时间分辨率为1 s时其最远水平探测范围约在6 km。

针对相干激光雷达远场回波信号信噪比低，提取困难的问题，提出了脉冲编码技术，以改善系统信噪比，增大雷达探测距离。研究了相干激光雷达系统中Golay码的编码和解码原理，理论分析了采用脉冲编码技术对系统信噪比的提升效果。基于大气分层模型仿真生成了相干激光雷达时域回波信号。基于Golay码解码原理得到了脉冲编码系统的风速结果，仿真结果表明，时间分辨率为1 s，距离分辨率为60 m的情况下，使用Golay编码脉冲作为相干激光雷达的探测脉冲，在0~5.3 km范围，风速误差小于3 m·s-1。在相同的测量时间内，相比于传统脉冲相干激光雷达，基于脉冲编码技术的相干激光雷达将探测距离提高了2.5 km，提高了远场弱信号的信噪比。