大气风场探测的车载多普勒测风激光雷达系统技术方案相同，都是基于检测大气分子瑞利散射信号的多普勒频移进行风场探测。主要由激光发射系统、收发光学系统、数据采集和控制系统、光电接收机、和车载平台组成。其基本的原理是发射355nm激光，并将接收到大气分子后向散射激光通过两个高光谱分辨率干涉仪进行频谱分析。当大气风速使分子散射谱发生频移时，经过两个干涉仪的光强随频移改变，通过测量这些光强的变化，得到多普勒频移和径向风速。中科院近地空间环境重点实验室研制的5-40km和15-60km车载测风激光雷达的主要区别在于，后者利用2台100cm口径固定指向的望远镜取代前者扫描式80cm口径望远镜，并补充了1台独立垂直测温系统，提升了其探测高度和精度。

　

图1： 40km车载测风激光雷达样机

 

 

图2： 车载15-60km测风激光雷达样机及其风速风向观测结果与探空气球比对

 

　　　 建成后的系统都进行了严格的外场比对实验，进行了能力验证。其中5-40km车载多普勒测风激光雷达系统分别于2010年和2011年参加了2次重大试验任务，总共进行了长达两个月的连续风场观测，20km高度附近零风层的演化能够被准确和连续的观测；与此同时，每天均进行了激光雷达和探空气球的风场比对试验，对比结果一致性好；应用单位认为：通过外场试验，检验了激光雷达系统的稳定工作能力，验证了非相干大气测风激光雷达技术能力，保证了试验任务的数据质量，为圆满完成保障任务提供了重要支持。 15-60km车载多普勒测风激光雷达于2013年10-12月在青海德令哈进行了长期外场观测实验，同样与探空气球进行了联合风场观测的比对试验，外场试验发现15-60km车载测风激光雷达在借鉴5-40km车载测风激光雷达的经验基础上，在频率锁定、频漂抑制、长期工作稳定性，以及风场测量精度等关键参数有了显著的提升。

　　　 目前为止，该部分工作共完成4篇国际SCI论文和获得5项国家发明专利授权。其中发表在光学著名期刊Opt. Express上关于5-40km车载多普勒测风激光雷达的工作，被该期刊副主编评价为“该系统40km风场探测及对比测量结果引人瞩目，40km高度的风场探测少有报道，该激光雷达是亚洲首次”。

 

（中科院近地空间环境重点实验室）