为了能够在复杂环境下实现风速风向的高精度和高稳定性测量, 在基于声学共振原理的风传感器系统的基础上, 采用闭环控制扫描技术改进了系统的性能指标。采用声学共振的方式, 同时对换能器产生的信号进行频率调制和强度调制, 实现对超声换能器的线型扫描。频率调制解决了在不同压力、温度等环境因素影响下导致的共振频移的问题, 强度调制解决了换能器性能随时间衰减问题, 极大地提高了信噪比。实验结果表明, 采用闭环控制的方法可以准确测量风速风向。风速测量范围0~50 m/s, 风速测量精度为±0.5 m/s(≤15m/s)/±5%(＞15 m/s且＜35 m/s)/±9%(＞35 m/s)。改进后的系统在复杂环境下受环境变化影响小、精度高、稳定性好、抗干扰能力强。

为了研制探测中高层风场的瑞利-米散射多普勒激光雷达系统,前期在实验室搭建了一套基于三通道法布里-珀罗干涉仪(FPI)的532 nm瑞利-米多普勒激光雷达验证系统,并进行实际比对实验。利用验证系统,首先开展了FPI透过率校准实验,采用非线性拟合方法获得了三个通道FPI实际透过率曲线,FPI-1、FPI-2和FPI-L的谱宽分别为1.20 GHz、1.22 GHz、1.18 GHz,峰值透过率分别为0.817、0.807、0.768,FPI-1和FPI-2及FPI-1和FPI-L的峰峰间隔分别为3.91 GHz和1.25 GHz,并进一步给出了米散射和瑞利散射信号入射时系统实际的风速探测灵敏度。其次,开展了径向风速连续观测实验和水平风场对比观测实验。实验结果表明:在单次径向风速测量中,时空分辨率为2 min和75 m的情况下,系统白天和晚间分别具备10 km和16 km左右高度的风场探测能力。在白天2.7~10 km、晚间1.5~10 km高度范围内,系统测得的水平风场数据与探空气球测得的水平风场数据吻合度较高,晚间70.8%的水平风速和风向数据偏差小于2 m/s和10°;95%的水平风速和风向数据偏差小于5 m/s和15°,充分验证了系统风场测量结果的准确性。

针对大型风力发电机机组中常见的脉动湍流、风机尾流与涡流等湍流信号, 研究了利用自然梯度下降的独立分量分析方法的湍流频谱分离效果, 以区分中心风速与湍流信号, 提高风机机组的综合工作效率。首先分析了风机组中常见湍流信号的后向散射与频谱分布特点, 然后依据这些特点设计了对应的独立分量分析模型。在仿真结果符合要求的基础上, 进行了双目激光雷达天线的风速采集与实际分离效果检测。实验结果表明, 在大气折射率结构常数C2n≤10－14同时广义大气常数α≥4的通常情况下, 利用双目信号能够分离出一个湍流中心和一个中心风速。对1 s内两个谱峰的波动范围进行统计, 获得(2.59±0.05) MHz的中心风速以及(1.22±0.19) MHz的湍流中心估计, 且二者的平均信噪比分别为25.93 dB和31.01 dB, 能够在获得稳定的中心风速估计的同时得到一个较为稳定的湍流中心估计。

高光谱分辨率激光雷达由于可实现对大气参数的精确反演，在大气遥感领域具有较好的发展前景。介绍了高光谱分辨率激光雷达探测气溶胶、大气温度以及风速的基本原理以及目前国内外的研究进展，并重点介绍了高光谱分辨率激光雷达系统中的鉴频技术、激光技术、锁频技术以及数据处理技术等几项关键技术。

导出了激光多普勒雷达基于Fizeau干涉仪及CCD探测器进行测风时，每个CCD元最终接收到信号的一般表达式。对系统的参数做了整体优化，得出一组优化参数。在0～3 km高度，得出系统风速误差小于0．16 m／s。对最终的风速反演分别运用最小二乘拟合法和重心法。分析表明最小二乘拟合法只适用于风速较小的情况。详细分析了运用重心法计算风速必然会引起的误差，并提出一种解决方法。修正后，在士30 m／s风速范围内，该方法产生的误差小于0．25 m／s。

二极管泵浦固体激光雷达是最近几年成像激光雷达发展的重点，它采用高重复频率、高峰值功率的二极管泵浦固体激光器、高灵敏度的雪崩二极管探测器，其主要优点是体积小、价格低，可用扫描成像或非扫描成像，探测大多采用直接探测体制，在**和国民经济中都有着广阔应用前景。文中简要介绍了二极管泵浦固体激光雷达的研究及其在**中的应用，包括精确制导、风速测量和直升机防撞等。以几种典型激光雷达为例，概括了激光雷达研究中需要解决的部分关键技术。