星载相干测风激光雷达是获取全球三维风场的有效手段。理论分析了相干测风激光雷达在星载平台下的风场矢量反演方法, 并基于大气分层时域信号理论模型建立了星载相干测风激光雷达仿真系统, 对设计的三视向探测方案的性能进行仿真评估。经过初步仿真验证, 当轨道高度为270km, 天底角为35°时, 可以实现沿轨分辨率为11.15km的风廓线反演; 水平风速误差为0.52m/s, 水平风向误差为0.19°。
星载相干测风激光雷达系统 大气分层时域信号理论模型 三维风场 仿真 spaceborne coherent wind lidar system atmospheric stratification time-domain signal theo Three-dimensional wind field simulation
1 北京理工大学 光电学院, 北京 100081
2 中国气象局气象探测中心 气象装备保障室, 北京 100081
基于全微分和统计理论推导了星载相干测风激光雷达合成水平风速和风向误差的解析表达式, 利用克拉默-拉奥误差下界代替Frehlich经验公式对风场的随机风速误差进行评估, 建立了通用型的星载相干测风激光雷达合成水平风速和风向误差计算模型.在NASA/NOAA提出的星载测风激光雷达系统设计指标框架下, 对风速及风向误差模型进行可行性分析,得到了总的径向随机误差随着探测距离的变化关系及水平风速区间的选取对随机误差的影响.同时, 为了计算合成采样误差, 改变不同的垂直分辨率和方向角取值, 对水平分量的采样误差进行对比分析.仿真结果表明, 合成的水平风速和风向的误差范围为0.8～3.2 m/s和2.38°～3.49°, 基本符合星载测风激光雷达的相关指标要求.
星载相干测风激光雷达 风速误差 风向误差 克拉默-拉奥误差下界 space based coherent Doppler lidar wind speed error wind direction error Cramer-Rao lower bound
