[发明专利]一种中高层大气风场反演方法

说明书

技术领域

本发明属于激光雷达探测技术领域，尤其涉及一种中高层大气风场反演方法。

背景技术

中高层大气风场参数是空间物理学研究的重要参数之一，结合空间物理的理论探索，能够揭示空间的物理现象以及内含的相互作用和因果关系，同时中高层大气风场参数在气象研究、天气预报、大气环境监测和国防高技术等方面都具有广泛的应用。

激光多普勒遥感测量已经有几十年的发展过程，所采用的多普勒测量技术包括相干(外差)技术和非相干技术。其中，非相干技术对光学系统的要求不高、容易实现和加工，其应用范围还扩展到分子散射的探测。非相干系统利用大气粒子产生的多普勒频移直接得到径向速度分布，是目前测量大气风场的最有利的工具，并且非相干系统具有测量精度高、分辨率高和三维风场信息等特点。目前国际普遍采用直接接收(非相干)激光雷达作为大气风场测量的手段。

多普勒测风激光雷达径向单波束探测得到的是水平风场在该探测方向的径向分量，在适当的扫描方式下，多波束组合即可反演得到三维风场。目前，多普勒测风激光雷达采用具有固定仰角和相同间隔方位角的四个波束的扫描方式，即采用四波束进行风场反演，原理如图1所示。

以正东方向为X轴正方向，正北方向为Y轴正方向，天顶的方向为Z轴正方向建立坐标系，激光的发射仰角为θ，分别探测四个径向的风场，从而反演东西南北四个方向的径向风速，径向风速是指实际风速在激光束指向的这个方向上的分量值。一般规定正北方向为0°，东、南、西按顺时针依次为90°、180°和360°，获得径向风速V_ri。

Vri=vdiλ2]]>i＝N，S，E，W    (1)

式(1)中：v_di为多普勒频移，λ为激光波长，根据几何关系可得：

VrN=Vycosθ+VzsinθVrE=Vxcosθ+VzsinθVrS=-Vycosθ+VzsinθVrW=-Vxcosθ+Vzsinθ---(2)]]>

经过推导可得大气风场在x轴、y轴、z轴的各自分量为：