相干激光测风雷达是利用大气风场运动产生的多普勒效应进行三维风场探测的新型遥感设备,具有高精度、高时空分辨率的特点,广泛应用于战场火箭弹的弹道修正,航母舰载机尾涡的监测,天气预报和风能发电以及机场上对近距离短时间瞬时风场的变化监测。激光测风雷达风场探测系统一般具有回波信号信噪比低和高距离分辨率下观测数据量少的特点,会影响对多普勒频移的高精度估计,降低风场探测系统性能。如何在上述输入限制性条件下通过开展多普勒频移估计的理论及算法研究,提高频移估计精度对于保障测风雷达性能具有十分重要的意义。本论文开展了基于相干积累与频谱插值的多普勒频移估计研究工作,完成了估计方案设计、仿真验证和硬件实现,搭建了测风雷达系统测试平台,完成了实验验证。论文主要研究内容包括:1、开展了激光测风雷达基本理论和工作原理的分析,讨论了常用的多普勒频移估计算法性能。2、设计基于相干积累和频谱插值的多普勒频移估计方案,通过仿真分析性能参数,并分析莱斯信道下该估计方案的适用性。3、采用Verilog语言实现相关算法FPGA编程,Modelsim仿真验证多普勒频移估计模块的有效性。4、搭建测风雷达系统实验平台,进行方案实验验证。实验验证结果表明:本论文测试条件下,在距离分辨率为24m,时间分辨率为0.25s时,多普勒频移估计精度达到0.4MHz,对应的径向风速精度0.31m/s。该结果表明论文所设计的方案具有可行性和有效性。