技术领域本发明涉及一种相干测风激光雷达测风性能分析方法及系统，属于激光雷达系统设计领域。
背景技术：
相干测风激光雷达是一种新型的对流层大气风场探测设备，它能够在晴空、雾霾等条件下高时空分辨率、连续探测雷达上空任意方位的径向风速以及合成最高达10km的垂直风剖面，以及任意方位的大气消光、后向散射和退偏振信息。该设备在航空安全、气象、风能风电等领域有着巨大的应用前景。目前，传统的相干测风激光雷达设计，一般是从雷达方程出发，通过修正雷达系统的参数，并通过搭建原理样机的方式来验证雷达系统的设计性能。这种模式，需要通过对硬件的逐步修改完善，才能达到设计的要求。因此设计周期长，出错率高，成本高，设计师在系统设计之初，无法直观的了解雷达系统整体的性能水平。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种解决目前相干测风激光雷达设计周期长、易出错的问题的相干测风激光雷达测风性能分析方法及系统。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种相干测风激光雷达测风性能分析方法，具体包括以下步骤：步骤1：根据期望的设计指标，设置子系统单元中的硬件参数，设置传输逻辑接口单元中的相关指标；设置相干测风激光雷达工作的大气光学特性；步骤2：根据设定的参数、指标和大气光学特性模拟相干测风激光雷达进行测风的全过程，通过反馈调试子系统单元中的硬件参数和传输逻辑接口单元中的相关指标以获得达到初始设定阈值的测风精度，得到优化的硬件参数和相关指标，以及不同大气环境下最优测风精度。本发明的有益效果是：本发明能够模拟整个雷达系统的硬件工作流程、大气光学环境和测风性能，方便设计出满足要求的相干测风激光雷达，保证前期设计阶段，对系统硬件进行再计算分析，获得最优化的硬件参数。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。进一步，所述步骤1具体包括以下步骤：步骤1.1：根据期望的设计指标，设置子系统单元中的硬件参数，以模拟相干测风激光雷达的硬件指标；步骤1.2：在传输逻辑接口单元中设定好相关指标；步骤1.3：在大气单元中设定好相干测风激光雷达工作的大气光学特性。进一步，所述传输逻辑接口单元中的相关指标包括各子系统单元之间的工作流程、逻辑顺序以及各子系统之间的接口硬件指标和衰减关系等指标。进一步，所述步骤2具体包括以下步骤：步骤2.1：根据步骤1设定的参数和相关指标进行模拟相干测风激光雷达系统测风的全过程，得到测风结果；步骤2.2：根据测风结果通过自动修正方法修改子系统单元中的相关参数和传输逻辑接口单元中的相关指标；步骤2.3：根据修改后的参数和指标模拟相干测风激光雷达系统测风的全过程，得到测风结果；步骤2.4：判断当前测风结果的精度是否达到预设的阈值，如果是，执行步骤2.5；否则，返回步骤2.2；步骤2.5：输出得到此测风结果的子系统单元中的硬件参数和传输逻辑接口单元中的相关指标。进一步，所述步骤2.5中还输出不同大气环境时的最优测风精度。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种相干测风激光雷达测风性能分析系统，包括多个子系统单元、传输逻辑接口单元、大气单元和再计算优化分析单元；所述子系统单元用于设定模拟相干测风激光雷达系统的硬件参数；所述传输逻辑接口单元用于设定模拟相干测风激光雷达系统的相关指标；所述大气单元用于设定相干测风激光雷达工作的大气光学特性；所述再计算优化分析单元用于根据设定的参数、指标和大气光学特性模拟相干测风激光雷达进行测风的全过程，通过反馈调试子系统单元中的硬件参数和传输逻辑接口单元中的相关指标以获得达到初始设定阈值的测风精度，得到优化的硬件参数和相关指标，以及不同大气环境下最优测风精度。本发明的有益效果是：本发明能够模拟整个雷达系统的硬件工作流程、大气光学环境和测风性能，方便设计出满足要求的相干测风激光雷达，保证前期设计阶段，对系统硬件进行再计算分析，获得最优化的硬件参数。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。进一步，所述子系统单元包括激光器模块、接收望远镜模块、外差模块、时序控制模块、探测器模块和数据采集模块；所述激光器模块用于模拟雷达系统的激光发射系统；所述接收望远镜模块用于模拟雷达系统的发射-接收天线；所述外差模块用于模拟雷达系统的鉴频接收系统；所述时序控制模块用于模拟雷达系统的时序流程；所述探测器模块用于模拟雷达系统的探测器系统；所述数据采集模块用于模拟雷达系统的数据采集存储系统。采用上述进一步方案的有益效果是，子系统单元中所有模块通过调用成熟的元件库，读取其硬件参数，也可以由用户自行设计成模型，放入库的链接中，供调用和设计验证。进一步，所述传输逻辑接口单元包括传输逻辑模块和接口参数模块；所述传输逻辑模块用于设定各子系统单元间的工作逻辑关系；所述接口参数模块用于设定各子系统单元间的接口硬件指标和衰减关系等指标。进一步，所述大气环境单元包括大气消光模块和后向散射模块；所述大气消光模块用于设定雷达发射波束和回波信号的大气衰减参数；所述后向散射模块用于设定雷达系统散射截面参数。进一步，所述再计算优化分析单元包括自动修正模块和人工修正模块；所述自动修正模块用于自动分析并修正子系统单元的硬件参数和传输逻辑接口单元中的相关指标；所述人工修正模块用于向外部用户反馈，通知用户手动修改子系统单元的硬件参数和传输逻辑接口单元中的相关指标。附图说明图1为本发明实施例1所述的一种相干测风激光雷达测风性能分析方法流程图；图2为本发明实施例1所述的一种相干测风激光雷达测风性能分析系统结构框图；图3为实施例5所述的一种相干测风激光雷达测风性能分析系统的一种具体结构示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、子系统单元，2、传输逻辑接口单元，3、大气单元，4、再计算优化分析单元，11、激光器模块，12、接收望远镜模块，13、外差模块，14、时序控制模块，15、探测器模块，16、数据采集模块，21、传输逻辑模块，22、接口参数模块，31、大气消光模块，32、后向散射模块，41、自动修正模块，42、人工修正模块。具体实施方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。如图1所示，为本发明实施例1所述的一种相干测风激光雷达测风性能分析方法，具体包括以下步骤：步骤1：根据期望的设计指标，设置子系统单元中的硬件参数，设置传输逻辑接口单元中的相关指标；设置相干测风激光雷达工作的大气光学特性；步骤2：根据设定的参数、指标和大气光学特性模拟相干测风激光雷达进行测风的全过程，通过反馈调试子系统单元中的硬件参数和传输逻辑接口单元中的相关指标以获得达到初始设定阈值的测风精度，得到优化的硬件参数和相关指标，以及不同大气环境下最优测风精度。实施例2所述的一种相干测风激光雷达测风性能分析方法，在实施例1的基础上，所述步骤1具体包括以下步骤：步骤1.1：根据期望的设计指标，设置子系统单元中的硬件参数，以模拟相干测风激光雷达的硬件指标；步骤1.2：在传输逻辑接口单元中设定好相关指标；步骤1.3：在大气单元中设定好相干测风激光雷达工作的大气光学特性。实施例3所述的一种相干测风激光雷达测风性能分析方法，在实施例1或2的基础上，所述传输逻辑接口单元中的相关指标包括各子系统之间的工作流程、逻辑顺序以及各子系统之间的接口硬件指标和衰减关系等指标。实施例4所述的一种相干测风激光雷达测风性能分析方法，在实施例1-3任一实施例的基础上，所述步骤2具体包括以下步骤：步骤2.1：根据步骤1设定的参数和相关指标进行模拟相干测风激光雷达系统测风的全过程，得到测风结果；步骤2.2：根据测风结果通过自动修正方法修改子系统单元中的相关参数和传输逻辑接口单元中的相关指标；步骤2.3：根据修改后的参数和指标模拟相干测风激光雷达系统测风的全过程，得到测风结果；步骤2.4：判断当前测风结果的精度是否达到预设的阈值，如果是，执行步骤2.5；否则，返回步骤2.2；步骤2.5：输出得到此测风结果的子系统单元中的硬件参数和传输逻辑接口单元中的相关指标。实施例5所述的一种相干测风激光雷达测风性能分析方法，在实施例4的基础上，所述步骤2.5中还输出不同大气环境时的最优测风精度。如图2所示，为本发明实施例1所述的一种相干测风激光雷达测风性能分析系统，包括多个子系统单元1、传输逻辑接口单元2、大气单元3和再计算优化分析单元4；所述子系统单元1用于设定模拟相干测风激光雷达系统的硬件参数；所述传输逻辑接口单元2用于设定模拟相干测风激光雷达系统的相关指标；所述大气单元3用于设定相干测风激光雷达工作的大气光学特性；所述再计算优化分析单元1用于根据设定的参数、指标和大气光学特性模拟相干测风激光雷达进行测风的全过程，通过反馈调试子系统单元1中的硬件参数和传输逻辑接口单元2中的相关指标以获得达到初始设定阈值的测风精度，得到优化的硬件参数和相关指标，以及不同大气环境下最优测风精度。实施例2所述的一种相干测风激光雷达测风性能分析系统，在实施例1的基础上，所述子系统单元1包括激光器模块11、接收望远镜模块12、外差模块13、时序控制模块14、探测器模块15和数据采集模块16；所述激光器模块11用于模拟雷达系统的激光发射系统；所述接收望远镜模块12用于模拟雷达系统的发射-接收天线；所述外差模块13用于模拟雷达系统的鉴频接收系统；所述时序控制模块14用于模拟雷达系统的时序流程；所述探测器模块15用于模拟雷达系统的探测器系统；所述数据采集模块16用于模拟雷达系统的数据采集存储系统。实施例3所述的一种相干测风激光雷达测风性能分析系统，在实施例1或2的基础上，所述传输逻辑接口单元2包括传输逻辑模块21和接口参数模块22；所述传输逻辑模块21用于设定各子系统单元间的工作逻辑关系；所述接口参数模块22用于设定各子系统单元间的接口硬件指标和衰减关系等指标。实施例4所述的一种相干测风激光雷达测风性能分析系统，在实施例1-3任一实施例的基础上，所述大气环境单元3包括大气消光模块31和后向散射模块32；所述大气消光模块31用于设定雷达发射波束和回波信号的大气衰减参数；所述后向散射模块32用于设定雷达系统散射截面参数。实施例5所述的一种相干测风激光雷达测风性能分析系统，在实施例1-4任一实施例的基础上，所述再计算优化分析单元4包括自动修正模块41和人工修正模块42；所述自动修正模块41用于自动分析并修正子系统单元的硬件参数和传输逻辑接口单元中的相关指标；所述人工修正模块42用于向外部用户反馈，通知用户手动修改子系统单元的硬件参数和传输逻辑接口单元中的相关指标。图3为实施例5所述的一种相干测风激光雷达测风性能分析系统的一种具体结构示意图。在具体示例中，本发明包括以下几个部分：1.子系统单元设备子系统单元分为激光器模块、接收望远镜模块、外差模块、探测器模块和数据采集模块，激光器模块用于模拟雷达系统的激光发射系统、接收望远镜模块用于模拟雷达系统的发射-接收天线，外差模块用于模拟雷达系统的鉴频接收系统，时序控制模块用于模拟雷达系统的时序流程，探测器模块用于模拟雷达系统的探测器系统，数据采集模块用于模拟雷达系统的数据采集存储系统。它们通过调用成熟的元件库，读取其硬件参数，也可以由用户自行设计成模型，放入库的链接中，供调用和设计验证。2.传输逻辑接口单元传输逻辑接口单元分为传输逻辑模块和接口参数模块，传输逻辑模块用于设定各子系统间的工作逻辑关系，接口参数模块用于设定子系统间的接口硬件参数、性能退化等指标。3.大气环境单元大气环境单元分为大气消光模块和后向散射模块，大气消光模块用于设定雷达发射波束和回波信号的大气衰减参数，后向散射模块用于设定雷达系统散射截面参数。4.再计算优化分析单元再计算优化分析单元分为自动修正模块和人工修正模块，自动修正模块用于自动分析并修正相干测风激光雷达系统的硬件匹配性能，人工修正模块用于为用户手动修改系统指标并进行再优化设计。本发明基于目前传统的相干测风激光雷达设计方式，提出了一种基于硬件参数再分析的模拟方案，克服过去已有的设计方法的不足。本发明将传统的激光雷达设计与光学软件库、电路模拟软件库以及机械模型软件库进行融合，形成了新的技术方案。本发明提出的新的技术方案，考虑了目前设计相干测风激光雷达周期长、硬件选取差错率高，需要搭建原理样机的问题，用于更好的满足：缩短周期设计、模块化设计、差错率低、节约成本的要求。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，各术语应做广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。