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龙图腾网获悉中国人民解放军93213部队申请的专利一种地基激光雷达目标区风廓线反演方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116500648B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-23发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310005786.5，技术领域涉及：G01S17/95；该发明授权一种地基激光雷达目标区风廓线反演方法是由任超;刘宪勋;张大厦设计研发完成，并于2023-01-04向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种地基激光雷达目标区风廓线反演方法在说明书摘要公布了：本发明属于反演方法，具体涉及一种地基激光雷达目标区风廓线反演方法。它包括：步骤1：根据雷达与目标位置在地理坐标系下的坐标关系，解算雷达波束需要进行扫描的俯仰、方位范围；步骤2：雷达按照步骤1中计算得到的方位俯仰角范围对目标探测区域进行三维体积扫描，得到各激光波束各距离单元的的径向风速数据；步骤3：根据扫描探测得到的数据进行反演，形成目标区域的风廓线数据并输出。本发明的有益效果是：有效提高了激光雷达的风廓线探测性能，并能够实现远程风廓线探测。

本发明授权一种地基激光雷达目标区风廓线反演方法在权利要求书中公布了：1.一种地基激光雷达目标区风廓线反演方法，其特征在于，包括： 步骤1：根据雷达与目标位置在地理坐标系下的坐标关系，解算雷达波束需要进行扫描的俯仰、方位范围； 步骤2：雷达按照步骤1中计算得到的方位俯仰角范围对目标探测区域进行三维体积扫描，得到各激光波束各距离单元的的径向风速数据； 步骤3：根据扫描探测得到的数据进行反演，形成目标区域的风廓线数据并输出； 所述的步骤1包括 步骤1.1，以地理坐标系为基准，雷达1所在位置坐标为OLg1,La1,H1，探测目标位置2处的坐标为PLg2,La2,H2，目标区域为探测空域3，其中Lgi为经度，Lai为纬度，Hi为海拔高度其中，i＝1,2，空域3的探测区域近似为一个圆柱体S，圆柱体S的中心轴在地面的坐标为Lg2,La2,H2，圆柱体的半径为R，高度分辨率为h0， 步骤1.2，根据目标区域风廓线探测高度分辨率将目标区域划分成相应的网络格点，网格点采用立方体划分法，以目标位置高度为中心的立方体区域都计入高度层，以任一探测海拔高度h为例，高度层h处的探测区域为圆柱体S上一个高度为h0的圆柱形子区域，记为Sh，Sh下底面的海拔高度为Sh上底面的海拔高度为 步骤1.3，对于圆柱体Sh来说，高度h处的圆柱截面记为g，雷达1与g的圆心连线记为m，利用空间立体几何的理论求解平面g内与直线m的法向量平行的直径l0， 将该直径l0四等分，取l0的5个等分点，分别求出5个等分点在地理坐标系下的坐标O1x1,y1,z1，O2x2,y2,z2，O3x3,y3,z3，O4x4,y4,z4，O5x5,y5,z5，分别连接点O与O1、O2、O3、O4、O5，则向量其中,j＝1,2,…,5激光波束分别沿着向量其中,j＝1,2,…,5的方向进行扫描， 步骤1.4，通过坐标变换，将激光波束的坐标从地理坐标系变换到雷达坐标系，在雷达坐标系下的扫描方位角和俯仰角分别为θj和γj，j＝1,2,…,5， 测量时，在上位机软件输入雷达坐标、目标位置坐标及目标空域探测高度、高度分辨率参数信息，上位机软件自动计算目标区域所有高度层的扫描方位角和俯仰角，以二维数组Coef[n][Attitude]建立所有高度层的扫描信息数据库，其中，n代表高度层，Attitude代表雷达扫描波束的方位角俯仰角信息，该数组在上位机软件运行时写入初始化文件； 所述的步骤2包括 步骤2.1，测量前雷达要先对北，控制雷达按照步骤1计算得到的扫描方位俯仰信息对目标探测区域进行三维体积扫描，扫描时按照逐层扫描的方式进行，并不断重复该过程，直至全部测量结束， 步骤2.2，获取每个激光波束的回波时域数据，回波时域数据按照距离大小将其划分成不同的距离单元，距离单元的长度为m0，其中m0应不大于数字接收机通过Hilbert变换将雷达信号从中频变换到基频，通过基于变分模态分解的联合时频分析方法将信号进行频谱变换，多个脉冲回波进行非相干累积得到原始功率谱数据，存储在二维数组R[n][gate_num]中，n代表波束序号，gate_num代表距离单元的序号， 步骤2.3，对每个距离单元的功率谱数据R[n][gate_num]先进行平滑去噪处理，然后将回波信号建模为一个随机过程，通过计算随机过程的期望、方差统计特征量，以“期望+权重系数×方差”作为自适应阈值检测门限，阈值之上的数据认为是信号包络，检测出的每个距离单元的信号包络，利用一阶矩得到包络质心，解算信号波峰位置和强度，进一步计算出多普勒频率及径向风速数据Vrj； 所述的步骤3包括 步骤3.1，综合考虑计算精度和计算规模，网格数量为目标区域探测的高度层总数N，网格的高度不超过目标区域的高度分辨率h0， 对于特定高度层来说，将雷达扫描探测得到的各个距离单元的径向风速数据划分成两类，一类是落入上述网络格点范围内的点，即径向风所在距离单元在地理坐标系下的坐标落入该高度层所在网格点区域，记为CrI，另一类是径向风所在距离单元在地理坐标系下的坐标未落入上述网络格点范围内的数据，记为CrO，其中，r＝1，2，...，N，表示目标区域第r个高度层， 步骤3.2，对于目标区域每一个探测高度层来说，CrI内的距离单元数据不能少于三个；若不满足该要求，则对CrO内同一激光波束的各距离单元内的径向风速数据进行递归函数曲线拟合，拟合后的曲线记为f， 步骤3.3，依据上述步骤中的拟合函数f将数据插值到所需要的部分格点上，插值后的CrI变为C‘rI，实心圆点表示落入网格内的数据，空心圆点表示未落入网格点的数据，三角形表示插值的数据， 步骤3.4，结合各波束的坐标信息，对落入同一高度层风矢量数据集合C‘rI，依据下述方程组求解，得到该高度层上的三维风矢量u,v,w，求解方程组采用共轭梯度法和有约束多元变量线性优化问题求最优解，避免出现采集参数的微小变化引起拟合结果的剧烈变化， 其中，Vk,h，k＝1,2,…,n表示落入高度层h的第k个风速数据，ψk表示风速数据Vk,h在雷达坐标系下对应的方位角，βk表示风速数据Vk,h在雷达自身坐标系下对应的俯仰角。

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