相干激光测风雷达具有较高的空间角分辨率与速度分辨率,可有效探测晴空条件下的低空风场信息,具有重要的科研与社会意义。本文主要对相干激光测风雷达的大气探测方法进行研究。首先,对相干激光测风雷达国内外的研究进展进行详尽的综述与分析。通过对国内外相干激光测风雷达发展的分析可知,1.55μm相干激光雷达是目前最具发展空间与使用价值的测风雷达。针对目前1.55μm相干激光测风雷达作用距离有限的问题,提出通过相干积累的方法提高接收信号的信噪比,结合非相干积累提高接收信号的探测概率,从而提高系统探测性能的想法。其次,详述了相干激光测风雷达的基本探测理论。针对弱信号接收,介绍了回波信号的相干积累与非相干积累原理和方法。激光雷达回波信号的速度信息以多普勒频移的形式表示,因此,对傅里叶经典谱分析进行了论述,内容主要有信号与噪声的傅里叶变换形式、傅里叶变换对信噪比的提高以及频谱泄漏的相关理论等。再次,为了对相干激光测风雷达的测速能力进行评估,结合国内外雷达速度检测方法的分析对比,提出激光雷达测速能力检测实验方案。建立以变频调速电机为核心的测速性能检测装置,并选取最大似然离散谱峰值估计的方法对回波信号进行频域估计。针对雷达系统测速范围确定电机转速,进行了16组相干激光测风雷达测速实验。由于回波信号较强,其回波信号无需进行积累,因此对回波信号直接进行频谱估计。将电机转速与系统测速结果进行对比,分析系统测速精度,得到测速误差的均方根为0.26m/s。同时,对硬目标影响激光信号的位相进行分析,说明回波信号无法进行相干积累,并对其原因进行分析。最后,开展激光测风装置外场实验研究。分别采用光纤光环形器与空间光环形器,对500m固定目标回波信号进行相干积累,有效地将回波信号信噪比提升20dB,初步验证了相干激光测风信号相干积累的可行性;对比分析光纤光环形器与空间光环形器的优缺点,通过实验验证光纤光环形器对信号相干积累的限制;详细测定激光器种子源的拖尾与本底噪声功率,对大气风场进行探测,并在频域上对雷达回波信号进行修正。通过对比本底噪声,检测到硬目标附近较强的剪切风风场频域信息,定性验证系统对大气风场的频域响应。