相干多普勒测风激光雷达是海洋大气风场测量的重要工具，其能够连续、实时、准确地获取风场数据，具有测量精度高、实时性强等优点，在海上风能利用及环境监测等方面有着重要应用。相干多普勒测风激光雷达测量海洋大气风场时，接收到的是气溶胶的后向散射信号，由于气溶胶组成及特性会受到地域、气候、环境等因素的影响，从而导致接收的散射回波信号也有着差异。本文研究了在海洋大气条件下，不同海洋气溶胶下测风激光雷达回波信号特性，并针对回波信号低信噪比的特点，对风速信号处理算法性能做了详细分析，这对于提高风速估计精度和确定在不同气溶胶环境中的测风激光雷达参数有着重要参考意义。
　　论文首先从相干多普勒测风激光雷达的原理出发，对多普勒信号的三种外差探测方式进行了介绍，重点对外差探测的信噪比进行了分析，对于测风激光雷达而言存在一个最优本振光功率使得探测系统信噪比最大，最优本振光功率的取值与回波信号光功率无关，从而在对不同气溶胶回波特性进行分析时，对本振光功率的取值奠定基础。随后采用OPAC(Optical Properties of Aerosols and Clouds)软件包中内置的气溶胶数据和MaexPro(Marine Aerosol Extinction Profiles)模型数据，对三种不同环境因素下（风速、风区长度、湿度）海洋气溶胶物理性质做了比较，并利用已有测风激光雷达参数对回波信号特性进行了分析。研究发现消光系数和后向散射系数在风区长度较小时（沿海条件），随着风速的增大而减小;风区长度较大时（海洋条件），随着风速的增大而增大。回波信号功率在大风区长度(60km)下，当风速增大到15m/s时，相比于小风区长度(2km)，功率大约增大了一个数量级，信噪比大约增大了10dB。
　　为了从低信噪比的测速回波信号准确的提取风速信息，需要采用风速估计算法对风速进行估计。常用的风速估计算法都是基于发射激光为理想的高斯发射脉冲形状。然而，对于实际的相干多普勒测风激光雷达，激光脉冲形状也满足洛伦兹、矩形和双曲正割分布。所以本文基于频域数学模型和基于Kolmogorov湍流机制模型，模拟了在不同脉冲形状下的测风激光雷达的回波信号。首先，介绍了信号模型和实相关随机风场生成算法。分析推导了最大似然离散谱峰值估计(ML DSP)算法在不同脉冲形状下的克拉美罗下界(CRLB)，并与精确的CRLB进行了比较。其次，采用ML DSP算法对相干多普勒测风激光雷达的测速回波信号进行处理，并通过计算机进行蒙特卡洛计算，对不同信号模型下的信噪比、风速精度和探测概率之间的关系进行了仿真和总结。模拟分析结果表明，在脉冲形状为双曲正割分布时，CRLB最小，矩形分布最大;对于双曲正割分布，ML DSP算法的性能表现最好，而洛伦兹分布的性能最差。要满足探测概率在80％以上，在湍流强度较大的情况下，脉冲形状为双曲正割时所需信噪比最大(-16dB)。仿真结果可为实际的相干多普勒测风激光雷达选择合适的脉冲形状和信噪比提供参考。