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导读
二维风场反演是将测风激光雷达获取的径向风速转化为水平风矢量的重要手段，但现有方法往往难以兼顾反演精度与计算效率。速度方位处理方法具有计算简单、处理效率高等优点，但对相邻方位角径向风速的变化较为敏感，在径向风速梯度较大的区域容易出现局部风速失真和风向异常。针对上述问题，本文将图像处理中的结构–纹理分解思想引入风场反演，利用相对总变分模型提取风场整体结构，并结合实测径向风速恢复局部纹理信息，在抑制异常误差的同时保留真实风场细节。该研究为复杂风场条件下测风激光雷达二维风场的反演提供了新的技术思路，在低空风场精细化探测中具有一定的工程应用价值。
基于相对总变分模型的测风激光雷达二维风场反演
作者：张硕1，顾元豪1，袁金龙1*，杜宇涵1，夏海云1，陈朝勇2，魏瑗瑗2，武腾飞2
作者单位：1.南京信息工程大学；2.中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所
摘 要：为解决传统速度⁃方位处理（Velocity⁃Azimuth Processing，VAP）算法在二维风场反演中存在的风速失真问题，引入相对总变分模型对其进行改进。基于风速失真与径向风速的相关性，构建阈值判据识别失真区域，并对该区域进行修正；采用相对总变分模型消除修正过程中引入的不规则纹理，提取二维风场的全局结构分量；进一步结合真实径向风速的纹理信息，恢复二维风场局部纹理特征。研究结果表明：改进后的算法能够有效地修正VAP算法存在的风速失真问题，与VAP算法初步反演结果相比，结合相对总变分模型的VAP算法的风速反演结果均方根误差降低了0.42 m / s，风向反演结果均方根误差降低了4.85°，有效提高了风场反演结果的准确性。
关键词：
测风激光雷达；风场反演；相对总变分模型；
VAP
算法；图像处理；纹理特征；失真修正；正则化方法
作者简介
张硕，主要研究方向为雷达信号处理。主要从事相干多普勒测风激光雷达数据处理算法和应用研究。
袁金龙，副教授，博士，首批江苏省青年科技人才“U35培育”对象。主要研究方向为激光雷达、航空气象、大气遥感、人工智能交叉应用等。已发表论文30余篇，授权发明专利20余项，获金燧奖金奖等奖项。
研究院介绍
南京信息工程大学大气物理学院，智能遥感工程研究院
团队负责人：夏海云教授
主要成员：裘家伟教授、章振教授、余赛芬教授、宁贵财教授、魏天问副教授、袁金龙副教授、胡佳栋博士等
研究方向：研究团队聚焦大气遥感、生态环保、“双碳”及气象灾害应急等领域，开展单光子、相干、飞秒、微波光子学等技术和多源遥感资料同化与数值预报、遥感大数据与人工智能等方向研究。面向地基、机载、星载平台研制新型智能遥感激光雷达，构建智能化气象环境的立体监测预警系统，形成大气、海洋、陆地和目标的多参数综合观测与融合大数据服务管理平台，服务于气象、环保、应急等重大需求。
科研成果：团队已发表论文100余篇，获得授权国家发明专利80余项，先后获得JD科技进步一等奖、日内瓦国际发明特等金奖、GF科学技术进步奖二等奖、全国首届博士后创新创业大赛金奖、第十四届“挑战杯”素创原中国大学生创业计划竞赛金奖、中国国际大学生创新大赛（2025）金奖等。研制了多种应用场景的激光雷达系统，其中多大气参数遥感激光雷达已成功应用于70周年国庆、北京冬奥会、远洋科考船、北京大兴机场、西藏贡嘎机场、云南长水机场、广东白云机场、新疆沙漠所、四川凉山森林防火等场景的气象保障。研制的三维空间气体精密光谱遥感激光雷达实现了区域高精度CO2浓度和通量的遥感探测，为我国“双碳”行动提供技术和数据支撑。相关成果连续两次被美国科学促进会（AAAS）专题采访报道。
全文链接
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引用格式：张硕， 顾元豪， 袁金龙， 等. 基于相对总变分模型的测风激光雷达二维风场反演［J］. 计测技术， 2026， 46（3）：90-99.
Citation：ZHANG S ， GU Y H， YUAN J L， et al. Two⁃dimensional wind field retrieval for wind Lidar based on relative total variation model［J］. Metrology & Measurement Technology， 2026， 46（3）：90-99.
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供稿：张 硕
编审：刘宇轩
排版：马鹤伟
监制：韩 冰
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