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星载混合体制测风激光雷达利用相干和直接测风激光雷达的优势,减少了单独直接或相干探测时所受高度测量范围的限制,降低了技术成本、时间成本,成为全球对流层风场探测的最佳解决方案。本文针对星载混合体制测风激光雷达0～30 km垂直距离风场探测开展研究。首先根据星载风场反演技术指标需求对星载混合体制测风激光雷达系统进行仿真设计及回波信号仿真;其次对测风激光雷达回波信号进行数据处理算法研究;然后应用混合体制数据处理算法进行0～30 km三维风场反演;最后针对星载混合测风激光雷达系统各个模块,编写出三维风场反演GUI演示界面,并应用混合体制风场反演技术对1000组仿真信号的风场反演结果进行时空分布分析。论文完成的主要创新性工作如下:1、针对星载混合体制测风激光雷达相干探测远场信号功率谱基线不平坦问题,提出了自适应背景噪声去除算法。应用该算法与傅里叶变换算法、自适应迭代加权惩罚最小二乘算法分别对仿真数据和实验数据进行去噪处理。结果表明:应用自适应背景噪声去除算法与上述两种算法相比,具有更好的噪声抑制效果,风场探测距离分别提高了40%、16.7%。2、针对星载混合体制测风激光雷达相干探测远场信号信噪比较低的问题,提出了加权子空间拟合算法。应用加权子空间拟合算法与傅里叶变换算法、特征值分解算法分别对仿真信号和实验数据对进行处理。处理结果表明:加权子空间拟合算法与傅里叶变换算法、特征值分解算法相比,能够减少估计风速的统计不确定度,风场探测距离分别提高了26.6%、14.2%。3、针对星载混合体制测风激光雷达相干回波信号处理中最大似然算法需要预知参数的问题,提出了基于协方差矩阵的最大似然算法。应用这两种算法分别对仿真信号和实验数据进行处理。处理结果表明:基于协方差矩阵的最大似然算法不需预知谱宽和信噪比参数,避免了估计参数带来的误差,风速无偏估计的可靠性更高,风场探测距离提高了20%。4、根据0～30 km星载混合体制测风激光雷达仿真回波信号,研究了三维风场反演技术,并编写了集成回波信号仿真、风速误差分析和风速反演功能的交互式仿真软件。其中,对0～6 km距离处风场采用相干外差技术进行风场反演;对3～30 km距离处风场采用直接双边缘技术进行风场反演。应用混合体制风场反演技术对1000组仿真信号进行处理,并对风场反演结果的时空分布图进行分析。分析结果表明:设计的星载混合体制测风激光雷达系统满足风速误差小于3 m/s,风向误差小于10°的技术指标要求。