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风是气象学研究、气候研究和大气科学研究中的一个重要参量。精确的大气风场数据可以提高数值天气预报和中长期气候预报的准确性，减少和预防各种天气灾害的发生，提高各类航空飞行器的飞行安全。因此，开展三维风场观测研究是非常必要的。
与传统的风场测量手段相比，直接探测多普勒激光雷达在测量精度、时空分辨率、稳定性和小型化方面具有优势，是目前唯一能够实现全球范围三维风场测量的有效工具。
围绕自行研制的首台直接探测多普勒激光雷达，本文研究了基于米散射双Fabry-Perot标准具直接探测多普勒激光雷达的数据处理和风场反演方法。分析了大气分子后向散射信号对大气风场测量的影响，并提出了相应的修正方法；给出了径向风速的反演方法，并根据实际情况对该方法作了修正；推导了三波束三维风场测量的一般表达式，以及相应风速风向的测量误差，并给出了具体的三维风场数据处理和反演方法；简要介绍了激光雷达回波信号的模拟方法，并模拟分析了直接探测多普勒激光雷达的风速测量性能；利用直接探测多普勒激光雷达对合肥地区的三维风场进行了长期观测，给出了典型结果；与新一代多普勒天气雷达、微波风廓线雷达和VAISALA系留探空系统进行了对比实验，验证了系统的可靠性：最后简要介绍了在天津滨海国际机场进行的外场实验，并给出了相应的测量结果。