最大概似法在多普勒激光测风雷达中的应用研究.pdf

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1、第34卷第5期2012年10月光学仪器oPTICALINSTRUMENTSVol-34。No．5October，2012文章编号：1005—5630(2012)05—0028—06最大概似法在多普勒激光测风雷达中的应用研究引靳笑晗1，汪岳峰1，竹孝鹏2，刘继桥2，刁伟峰2，陈卫标2(1．军械工程学院电子与光学工程系，河北石家庄050003；2．中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室，上海201800)摘要：为了从相干多普勒测风激光雷达的微弱气溶胶后向散射信号中高效、准确地提取多普勒频移信息，得到最接近CRB极限的无偏估计，利

2、用气溶胶后向散射信号统计特性，建立了相干多普勒激光雷达仿真模型，并用最大概似法(ML)推导了在功率谱宽度已知情况下多普勒频率的估计算法。利用1．54肚m全光纤相干激光雷达系统获得风场测量数据，用ML算法进行多普勒频移估计，并将结果与传统的周期图最大值法(PM)所得结果进行比较。对比表明，MI。算法与PM算法的数据处理结果有较好的一致性，并且ML算法的多普勒频率探测能力更优。关键词：最大概似法(ML)；多普勒频移估计；激光雷达；周期图最大值法(PM)中图分类号：TN24文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—5630．2012．05．0

3、06PerformanceofmaximumlikelihoodestimatorsofDopplerfrequencyforcoherentDopplerlidar，INXiaohanl，WrANGYuefen91，ZHUXiaopen92，LIUJiqiao2，DIAoWeifen92，CHENWeibia02(1．DepartmentofElectronicandOpticalEngineering，OrdnanceEngineeringCollege，Shijiazhuang050003，China2．ShanghaiKeyLaboratoryof

4、All—SolidStateLaserandAppliedTechnology．ShanghaiInstituteofOpticsandFineMechanics，ChineseAcademyofScience，Shanghai201800，China)Abstract：’IbObrainthenearestestimateofthetheoreticallimitofthecramer—raobound(CRB)，anestimatoralgorithmbasedonthemaximumlikelihood(MI。)estimatesisestablis

5、hed，assumingknownsignalspectralwidth．Thedataofwindvelocitywasacquiredbya1．54“mallfibercoherentDopplerlidarsystem，whichwasappliedintheMLalgorithmtoestimatetheDopplerfrequency．ThecomparisonofMLestimatorandPMestimatorshowsthattheMLalgorithmhasabetterperformanceinDopplerfrequencyestim

6、ating．Keywords：maximumlikelihood(ML)；dopplerfrequencyestimates；lidar；periodgrammaximum(PM)目-X-相干多普勒测风激光雷达能够在晴空下有效地获得高时间、空间分辨力和高精度的大气风速实时分布信息‘1I，具有广泛的应用范围，包括三维风场测量、大气湍流探测、风切边预警和飞机尾迹涡流探测等‘241，是目前激光雷达的一个重要发展方向。相干多普勒测风激光雷达利用微弱的气溶胶后向散射信号，通过与本振光混频的方法提取风速引起的激光多普勒频移。在风速反演中，由于需要从含低信噪比+收稿日期

7、：2012—0420作者简介：靳笑晗(1988)，女，河北邢合人，硕士研究生，主要从事微弱光信号探测、相干激光雷达等方面的研究。第5期靳笑晗，等：最大概似法在多普勒激光测风雷达中的应用研究·29·的气溶胶后向散射信号中提取多普勒频移信息，高效、准确的算法对系统研制至关重要。目前较为普遍的多普勒频移反演算法主要有CRB[5](cramer—raobound)、PP算法(pulsepair)、PPP算法(poly—pulsepair)、PM算法(periodgrammaximum)和ML(maximumlikelihood)等。CRB给出了方差最小的无偏估计，

8、但是计算过于复杂；PP算法和PPP算法计算比较简单，但在低信噪比情