为了提升大气物质边界层高度（AMBLH）的识别准确性，基于2020年11月至2021年11月在青岛开展的大气边界层（ABL）观测实验，提出了一种基于相干多普勒激光雷达（CDL）信噪比数据的AMBLH的综合反演方法，并应用此方法反演得到了青岛地区的AMBLH，其与探空仪反演结果的相关度为0.93。分析了青岛一年内的AMBLH发展情况，发现各月份AMBLH均有日变化特征，其中6、7月特征相对较弱，推测这与夏季来自海洋的东南风盛行有关。AMBLH月均值在全年呈起伏波动趋势，在冬末至春初、夏末至秋初的阶段逐步增大。AMBLH月均中位数4月最高、6月最低，AMBLH季度发展程度由高到低的顺序为春季、冬季、秋季、夏季，其中春季和冬季高度相近。AMBLH各季度日变化中抬升趋势出现的时间为夏季早于春季，秋季与春季相近并早于冬季。

风机的尾流效应会导致风能的转化效率下降,还会增加湍流引起的机械应力损伤,降低风机的稳定性和 服务寿命。为研究新疆地区陆上风电场风机尾流特征, 2015年11月于新疆地区陆上风电场使用脉冲相干多普勒激光雷达进行风场观测。通过分析得到 新疆地区陆上风电场风机尾流特征,主要包括风速损失率、尾流宽度、尾流长度及其平均结果, 最大风速损失率,尾流长度随时间的变化趋势、与风速之间的关系等,发现风速损失率、 尾流宽度、尾流长度与背景风速、湍流强度有关。

介绍了低空风切变及其预警的研究工作、相干多普勒测风激光雷达反演风场算法以及计算下滑道逆风廓线算法.进一步分析了2015年冬季和2016年春季北京首都机场低空风切变观测实验中所观测到的风切变案例, 利用多种测量模式开展案例中风切变的监测, 并对风切变观测结果进行了验证.实验结果表明, 短距相干多普勒测风激光雷达多种测量模式均可能有效探测低空风切变.

为了能在低信噪比情况下获得高精度矢量风速，采用非线性最优化理论中的序列二次规划(SQP)求解滤波正弦波拟合(FSWF)，实现了速度方位显示(VAD)算法中矢量风场的反演。基于模拟数据进行仿真实验，以反演结果的均方根误差作为评价指标，对比直接正弦波拟合(DSWF)和SQP-FSWF两种算法，结果表明在低信噪比条件下SQP-FSWF算法的反演效果优于DSWF算法。在FSWF计算中，基于风场反演结果的时空连续性，对比SQP算法和无约束最优化算法中的拟牛顿法，结果表明，SQP算法在低信噪比下效果更好。开展了激光雷达和探空气球的风场测量对比实验，获取了真实的激光雷达回波信号和同步探空气球数据，以进一步评估算法的可靠性。实验结果显示，SQP-FSWF算法得到的风速反演结果，同作为对比对象的探空气球的测量结果（水平风速、水平风向），两者间的相关系数分别为0.993和0.988，平均误差分别为0.2 m/s和3.28°，均方根误差分别为0.28 m/s和4.62°。对比分析反演结果的时空连续性发现，所提出方法在低信噪比下时空连续性更好，与模拟数据实验结果的效果表现一致。

低空风切变极易对起降过程中的飞行器、风力发电机的结构产生破坏性影响。简要介绍了低空风切变及风切变的危害,详细介绍了相干多普勒激光 雷达的工作原理和低空风廓线反演算法,以及利用风廓线、风矢量图、风速梯度图等观测数据提取风切变的方法。分析了2015年春季北京首都机场 低空风切变个例发生的气象条件和风切变强度。实验结果表明相干多普勒测风激光雷达能有效探测分析低空风切变。

2014年4月27日至2014年5月19日在“国家自然科学基金委2014年渤黄海共享航次春季航次”中，中国海洋大学利用自行研制的相干多普勒激光雷达在渤黄海32oN～40oN，118.5oE～125.3oE区域内观测海上大气边界层结构。相干多普勒激光雷达垂直指向发射激光和接收回波时，利用不同高度距离库内快速傅里叶变换谱的峰值计算了信号的信噪比，基于梯度法从信噪比廓线数据反演和提取大气边界层高度。该结果与同步的探空仪数据、Vaisala商业化的CL31型云高仪边界层高度进行对比，相干多普勒激光雷达结果与探空仪位温数据提取结果的相关性为79%，标准差为610 m；相干多普勒激光雷达与探空仪相对湿度数据提取结果的相关性为90%，标准差为370 m；相干多普勒激光雷达与云高仪获取结果的相关性为94%，标准差为320 m。

为了满足近距离相干测风激光雷达对激光发射源的需求, 采用种子源振荡-放大(MOPA)的工作方式, 对小型化、全光纤、高重复频率、窄线宽并处于人眼安全工作波段的激光雷达用单频脉冲激光器进行了研究。实现激光输出波长1542.4 nm, 重复频率10 kHz, 脉冲宽度500 ns, 线宽1 MHz, 平均输出功率50 mW, 峰值功率10 W, 单脉冲能量5 μJ。该激光器可作为近距离相干激光雷达发射源。

A novel coherent Doppler lidar (CDL) system based on single-mode fiber (SMF) components and instruments is presented to measure the speed of target. A fiber interferometer used in CDL system is reported. This fiber mixer is employed as a coherent receiver to resolve the shifts of signal-to-noise ratio (SNR) and mixing efficiency induced by backscattered field’s wavefront error. For a certain wavelength, the maximum coupling efficiency between signal and SMF is determined by the ratio of pupil diameter to focal length of the coupling lens. The legible interference patterns and spectrum signals show that fiber interferometer is suitable to compensate for amplitude and phase vibrations. This robust coherent receiver can achieve improved CDL system performance with less transmitter power.