CN114236569A - 一种双星伴飞测风的水平风矢量廓线探测方法 - Google Patents

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CN114236569A
CN114236569A CN202111449754.1A CN202111449754A CN114236569A CN 114236569 A CN114236569 A CN 114236569A CN 202111449754 A CN202111449754 A CN 202111449754A CN 114236569 A CN114236569 A CN 114236569A
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Abstract

本申请涉及一种双星伴飞测风的水平风矢量廓线探测方法，包括：获取第一方向速度矢量，即前向径向风速；获取第二方向速度矢量，即后向径向风速；根据第一方向速度矢量确定前向激光方位角和前向激光高度角，根据第二方向速度矢量确定后向激光方位角和后向激光高度角；根据前向径向风速、前向激光方位角、前向激光高度角、后向径向风速、后向激光方位角和后向激光高度角进行水平风矢量反演，获得高精度的水平风矢量廓线。本发明的方案可以实现前后径向风速的近似同时同地探测，显著缩小前后向激光观测位置间的距离，提高水平风矢量廓线的反演精度；通过实时解算激光光束在局地坐标系下的方位角和高度角，提高水平风矢量廓线的反演精度。

Description

一种双星伴飞测风的水平风矢量廓线探测方法
技术领域
本申请涉及天基相干激光雷达探测技术领域，具体涉及一种双星伴飞测风的水平风矢量廓线探测方法。
背景技术
目前，风廓线探测仍然是全球气象分析研究中最具挑战和最重要的需求。风廓线观测数据是提高全球三维风场分析数据质量必不可少的关键观测数据；对于理解大气动力过程，包括能量、水、气溶胶以及化学物质等的全球输运过程至关重要。全球边界层水平风矢量廓线的探测也将为当前全球变暖及国际能源转型影响下亟待突破的全球碳循环和水循环过程机制研究提供观测数据支撑。风廓线观测数据是分析研究全球碳循环过程中碳源汇分布必不可少的关键观测数据，而且风廓线观测数据可广泛应用于气候变化研究以及气候预测和天气预报研究中的诸多领域。
2018年8月22日，欧洲空间局成功发射了“风神”(Aeolus)卫星，首次实现了全球风廓线的天基观测。但是该卫星仅可探测激光径向风速的水平投影分量廓线，无法获得实际的大气水平风矢量廓线。因而天基水平风矢量廓线探测仍然是全球卫星探测系统中迫切需要填补的空白。
相关技术存在以下问题：(1)单星遥感风矢量无法实现前后径向风速同时同地探测，非同时同地观测既影响了水平风矢量的反演精度，又制约了沿轨方向可获取的卫星遥感风廓线的观测数据量。(2)单星方案反演风矢量时，假设激光指向方位角和高度角固定不变，忽略了地球曲率及地形高度差异导致的激光指向偏差这一技术问题；激光光束方位角和高度角使用的不准确，将影响风矢量廓线的反演精度，因而获取精确的激光方位角和高度角对于提高风矢量廓线反演精度具有重要意义。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种双星伴飞测风的水平风矢量廓线探测方法。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种双星伴飞测风的水平风矢量廓线探测方法，包括：
获取第一方向速度矢量，所述第一方向速度矢量为通过第一卫星测量得到的前向激光光束方向的速度分量，即前向径向风速；
获取第二方向速度矢量，所述第二方向速度矢量为通过第二卫星测量得到的后向激光光束方向的速度分量，即后向径向风速；其中，所述第一卫星和所述第二卫星为伴飞双星；
根据所述第一方向速度矢量确定局地坐标系下的前向激光方位角和前向激光高度角，根据所述第二方向速度矢量确定相同的局地坐标系下的后向激光方位角和后向激光高度角；
根据前向径向风速、前向激光方位角、前向激光高度角、后向径向风速、后向激光方位角和后向激光高度角进行水平风矢量反演，获得水平风矢量廓线。
进一步地，所述第一卫星和所述第二卫星的激光光束指向在卫星坐标系下的天底角相同；
所述第一卫星的观测指向与所述第二卫星的观测指向的水平投影量正交；
所述第一卫星和所述第二卫星的真近点角差等于两卫星之间的在轨飞行时间差对应的角度；
所述第一卫星和所述第二卫星的升交点赤经差满足：Δλ/ωe＝Δγa/ωs；其中，Δλ为轨道面间升交点赤经差，ωe为地球自转角速度，Δγa为平近点角差，ωs为卫星在轨角速度。
进一步地，所述根据所述第一方向速度矢量确定局地坐标系下的前向激光方位角和前向激光高度角，包括：
以第一方向速度矢量在大气球表的观测位置为中心建立局地东北上坐标系；
将第一卫星在地心地固坐标系下的坐标转换为该局地东北上坐标系下的坐标；
根据转换坐标系之后的第一方向矢量，计算在该局地东北上坐标系下的前向激光方位角和前向激光高度角。
进一步地，所述根据所述第二方向速度矢量确定相同的局地坐标系下的后向激光方位角和后向激光高度角，包括：
将第二卫星在地心地固坐标系下的坐标转换为该局地东北上坐标系下的坐标；
将第二卫星在大气球表的观测位置在地心地固坐标系下的坐标转换成该局地东北上坐标系下的坐标，获得后向径向风速在该局地东北上坐标系下的第二方向矢量；
根据转换坐标系之后的第二方向矢量，计算在该局地东北上坐标系下的后向激光方位角和后向激光高度角。
进一步地，所述计算前/后向激光方位角和前/后向激光高度角，包括：
获得在局地东北上坐标系下的第一/二方向矢量为
Figure BDA0003384985220000031
则对应的前/后向激光方位角为
Figure BDA0003384985220000032
对应的前/后向激光高度角为
Figure BDA0003384985220000033
Figure BDA0003384985220000034
进一步地，所述根据前向径向风速、前向激光方位角、前向激光高度角、后向径向风速、后向激光方位角和后向激光高度角进行水平风矢量反演，包括：
根据前向激光方位角、前向激光高度角确定前向径向风速的表达方程式；
根据后向激光方位角、后向激光高度角确定后向径向风速的表达方程式；
确定假设条件为：前后向激光在大气球表的观测范围内，大气风场均匀分布且垂直平均风速为零；
根据假设条件求解前向径向风速的表达方程式和后向径向风速的表达方程式。
进一步地，令u、v和w分别表示局地的东、北、上三个方向的风速分量，则有，所述前向径向风速的表达方程式为：
Figure BDA0003384985220000041
其中，θfor为前向激光方位角，
Figure BDA0003384985220000042
为前向激光高度角，前向径向风速
Figure BDA0003384985220000043
为第一卫星的测量数据；
所述后向径向风速的表达方程式为：
Figure BDA0003384985220000044
其中，θaft为后向激光方位角，
Figure BDA0003384985220000045
为后向激光高度角，后向径向风速
Figure BDA0003384985220000046
为第二卫星的测量数据。
进一步地，所述根据假设条件求解前向径向风速的表达方程式和后向径向风速的表达方程式，获得水平风矢量
Figure BDA0003384985220000047
包括：
根据假设条件有：
Figure BDA0003384985220000048
令
Figure BDA0003384985220000049
Figure BDA00033849852200000410
则有：
Figure BDA00033849852200000411
Figure BDA00033849852200000412
进一步地，所述获得水平风矢量廓线，包括：
基于不同半径的大气球表的水平风矢量反演结果，即可构成水平风矢量廓线。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任意一种实施例所述方法的操作步骤。
本申请的实施例提供的技术方案具备以下有益效果：
本发明提出的双星伴飞测风方案，可以实现前后径向风速的近似同时同地探测，显著缩小前后向激光观测位置间的距离，解决了现有单星方案无法同时同地探测前后向的径向风速的问题，有利于提高天基遥感水平风矢量廓线的探测精度；同时不再使用固定常数值近似方位角和高度角，减少地球曲率及地形高度差异导致的激光指向偏差，进一步提高水平风矢量廓线的反演精度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种双星伴飞测风的水平风矢量廓线探测方法的流程图。
图2是本发明双星伴飞测风矢量的水平投影原理示意图。
图3是前后向激光在大气球表面的观测位置的纬度差分布图。
图4是前后向激光在大气球表面的观测位置的经度差分布图。
图5是前后向激光在大气球表面的观测位置间的距离分布图。
图6是局地东北上(ENU)坐标系下前后向激光方位角差值分布图。
图7是局地东北上(ENU)坐标系下前后向激光高度角分布图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的方法的例子。
为了更清晰地阐明本申请的技术方案，首先简单介绍风矢量廓线。
天基风矢量廓线观测数据是提高全球三维风场分析数据质量必不可少的关键观测数据；对于理解大气动力过程，包括能量、水、气溶胶以及化学物质等的全球输运过程至关重要。风廓线观测数据是分析研究全球碳循环过程中碳源汇分布必不可少的关键观测数据，而且风廓线观测数据可广泛应用于气候变化研究以及气候预测和天气预报研究中的诸多领域。
本发明针对全球(陆地和海洋)大气边界层水平风矢量廓线的需求和现有探测技术的不足，创新性地提出利用双星伴飞方式遥感大气边界层径向风速，并提出了一种局地高精度水平风矢量廓线反演方法，最终形成一种基于双星伴飞的边界层水平风矢量廓线主动遥感探测方法。
图1是根据一示例性实施例示出的一种双星伴飞测风的水平风矢量廓线探测方法的流程图。该方法可以包括以下步骤：
步骤S1：获取第一方向速度矢量，所述第一方向速度矢量为通过第一卫星测量得到的前向激光光束方向的速度分量，即前向径向风速；
步骤S2：获取第二方向速度矢量，所述第二方向速度矢量为通过第二卫星测量得到的后向激光光束方向的速度分量，即后向径向风速；其中，所述第一卫星和所述第二卫星为伴飞双星；
步骤S3：根据所述第一方向速度矢量确定局地坐标系下的前向激光方位角和前向激光高度角，根据所述第二方向速度矢量确定相同的局地坐标系下的后向激光方位角和后向激光高度角；
步骤S4：根据前向径向风速、前向激光方位角、前向激光高度角、后向径向风速、后向激光方位角和后向激光高度角进行水平风矢量反演，获得水平风矢量廓线。
本发明提出的双星伴飞测风方案，可以实现前后径向风速的近似同时同地探测，显著缩小前后向激光观测位置间的距离，解决了现有单星方案无法同时同地探测前后向的径向风速的问题，有利于提高天基遥感水平风矢量廓线的探测精度；同时不再使用固定常数值近似方位角和高度角，有助于减少地球曲率及地形高度差异导致的激光指向偏差，进一步提高水平风矢量廓线的反演精度。
应当理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
下面结合具体的应用场景，对本申请的方案进行拓展说明。
为了实现全球观测，本发明设计的伴飞双星采用太阳同步轨道。为了尽可能使伴飞双星(第一卫星和第二卫星)可以同时同地观测，双星的设计需要满足以下条件：(1)将两颗卫星的激光光束指向在卫星坐标系下的天底角设计为相同角度；在一些实施例中，可以在25度到50度之间取值，有助于获得较好的水平风速分量。(2)为保证水平风矢量反演的可靠性，需保证卫星A(第一卫星)的观测指向与卫星B(第二卫星)的观测指向的水平投影量正交；在一些实施例中，可以设计卫星A观测指向的方位角为45度，则卫星B观测指向的方位角为135度。(3)两卫星的真近点角差等于两卫星之间的在轨飞行时间差对应的角度。(4)为保证卫星A和卫星B有相同的地面轨迹，需保证双星的升交点赤经差满足如下关系：
Δλ/ωe＝Δγa/ωs；
其中，Δλ为轨道面间升交点赤经差，ωe为地球自转角速度，Δγa为平近点角差，ωs为卫星在轨角速度。
本发明提出一种新的天基水平风矢量廓线反演算法，以前向观测位置坐标为中心建立局地东北上(ENU)坐标系，依据前/后向激光光束在该ENU坐标系下的方向矢量
Figure BDA0003384985220000071
分别计算局地的前向激光方位角θfor、前向激光高度角
Figure BDA0003384985220000072
后向激光方位角θaft和后向激光高度角
Figure BDA0003384985220000073
需要注意的是，前后向方位角和高度角皆随时间变化，非固定常量。
在一些实施例中，所述步骤S3，根据所述第一方向速度矢量确定局地ENU坐标系下的前向激光方位角和前向激光高度角，具体包括：以第一方向速度矢量在大气球表的观测位置为中心建立局地ENU坐标系，将第一卫星在ECEF(Earth-Centered,Earth-FixedCoordinate System，地心地固坐标系)坐标系下的坐标转换为ENU坐标系下的坐标；根据转换坐标系之后的第一方向矢量，计算在该ENU坐标系下的前向激光方位角和前向激光高度角。也即对于前向激光来说，仅需将卫星A的ECEF坐标转换为ENU坐标，即可计算θfor和
Figure BDA0003384985220000081
在一些实施例中，所述步骤S3，根据所述第二方向速度矢量确定该ENU坐标系下的后向激光方位角和后向激光高度角，具体包括：将第二卫星在ECEF标系下的坐标转换为ENU坐标系下的坐标；将第二卫星在大气球表的观测位置在ECEF坐标系下的坐标转换成ENU坐标系下的坐标，获得后向径向风速在该ENU坐标系下的方向矢量；根据转换坐标系之后的第二方向矢量，计算在该ENU坐标系下的后向激光方位角和后向激光高度角。
对于后向激光来说，除了将卫星B的ECEF坐标转换为ENU坐标外，还需将卫星B在大气球表的观测位置在ECEF坐标系下的坐标也转换成ENU坐标，获得
Figure BDA0003384985220000082
在ENU坐标系下的方向矢量后，才能计算相应的θaft和
Figure BDA0003384985220000083
具体地，获得在ENU坐标系下的第一/二方向矢量为
Figure BDA0003384985220000084
时，前/后向激光高度角
Figure BDA0003384985220000085
和前/后向激光方位角θ的计算关系式如下：
Figure BDA0003384985220000086
Figure BDA0003384985220000087
Figure BDA0003384985220000088
在一些实施例中，所述步骤S4，根据前向径向风速、前向激光方位角、前向激光高度角、后向径向风速、后向激光方位角和后向激光高度角进行水平风矢量反演，具体包括如下步骤：
步骤S401、根据前向激光方位角、前向激光高度角确定前向径向风速的表达方程式；
步骤S402、根据后向激光方位角、后向激光高度角确定后向径向风速的表达方程式；
步骤S403、确定假设条件为：前后向激光在大气球表的观测范围内，大气风场均匀分布且垂直平均风速为零；
步骤S404、根据假设条件求解前向径向风速的表达方程式和后向径向风速的表达方程式。
在一些实施例中，步骤S401和步骤S402，令u、v和w分别表示局地的东、北、上三个方向的风速分量，则观测到的前/后向径向风速分别可以表示为：
Figure BDA0003384985220000091
Figure BDA0003384985220000092
在一些实施例中，步骤S403，假设前后向激光在大气球表的观测范围内，大气风场均匀分布且垂直平均风速为零，即：
Figure BDA0003384985220000093
Figure BDA0003384985220000094
在一些实施例中，步骤S404，令
Figure BDA0003384985220000095
Figure BDA0003384985220000096
则有水平风矢量
Figure BDA0003384985220000097
Figure BDA0003384985220000098
Figure BDA0003384985220000099
在一些实施例中，所述步骤S4，获得水平风矢量廓线，具体包括：基于不同半径的大气球表的水平风矢量反演结果，即可构成水平风矢量廓线。
下面结合附图，对本申请的实施例进行拓展说明。
首先将两颗卫星的指向在卫星坐标系下的天底角都设计为35度(相应的卫星坐标系下的高度角为55度)，设计卫星A观测指向的方位角为45度，卫星B观测指向的方位角为135度，保证卫星A的观测指向与卫星B的观测指向的水平投影量正交。设计卫星轨道高度270km，则可计算两卫星的真近点角差为42.4mrad，设计卫星A的真近点角为0度，而卫星B的真近点角为2.42751度。设计卫星A的升交点赤经为58.89度，则卫星B的升交点赤经为58.7384度，以满足卫星A和卫星B的星下点轨迹重合。
参照图2，可见卫星A和卫星B具有相同的星下点轨迹，激光光束在以观测点为中心建立的局地ENU坐标系上，具有变化的方位角和高度角。
为了评估双星伴飞方案是否相较于单星方案更有利于天基水平风矢量廓线遥感，在此基于二体模型仿真模拟2021年8月23日的卫星轨道位置(每秒模拟一次卫星轨道位置)，并计算在围绕地球的大气球(半径为6378140m)表面的卫星观测位置。为了更好地反演水平风矢量，需使单星方案中的前后向观测位置(或双星伴飞方案中的两颗星的观测位置)尽可能的接近，以便满足水平风矢量反演的假设条件，即观测范围内的水平风场均匀分布。
参照图3，两种方案在大气球表面的观测位置的纬度差相差很小，纬度差的范围在-0.023到0.023度之间，南半球的纬度差略大于北半球的纬度差。
参照图4，从前后向观测位置的经度差分布中，可以看到双星伴飞方案中的经度差的中位数为0.005度，而单星方案的经度差的中位数为-0.147度，双星伴飞方案的经度差明显更小。两种方案在高纬度地区都表现出经度差增大的趋势。显然，双星方案通过调整升交点赤经的值，保证双星的星下点轨迹重合(卫星轨道不重合)，显著降低了前后向观测位置的经度差。
参照图5，通过计算前后向激光在大气球表面观测位置间的距离，可以更直观地看到双星伴飞方案的优势，双星的观测位置间的距离在1.2到2.7km范围内，平均值约为2.2km，远小于单星方案前后向观测位置间的距离(305m到16.7km)，均值约为12km。在单星方案中赤道地区相距最远，最大可达16.7km；而在两极地区相距较近，最小仅为305m。
可见，本发明提出的全新的双星伴飞测风方案，相较于单星方案，可以显著缩小前后向激光观测位置间的距离，相距越小越容易满足水平风矢量反演的前提假设条件，即观测区域内水平风场均匀风布，因而更有利于水平风矢量的反演。
仍以前文介绍的卫星仿真模拟数据为例，计算前后向激光在局地ENU坐标系下的实时方位角和高度角。参照图6，在局地ENU坐标系下前后向激光方位角差值分布情况，可见二者的差值在不同的局地观测位置是动态变化的，基本满足相差90度的正交性，偏差在0.3度以内。
参照图7，前后向激光在局地ENU坐标系下的高度角分布情况，前后向激光高度角接近局地坐标系下的理想高度角值(53.3度)，但又表现出明显的时空多变性，前后向高度角差值小于0.3度。
可见，若利用卫星刚体坐标系下的前后向激光方位角和高度角(固定常数)来反演观测区域内的水平风矢量会带来明显的反演误差。而本发明提出一种新的风矢量反演算法，通过建立观测区域内的局地ENU坐标系，实时解算实际的前后向方位角和高度角，实现提高水平风矢量反演精度的目的。
本申请还提供如下的实施例：供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任意一种实施例所述的双星伴飞测风的水平风矢量廓线探测方法。
本发明通过设计伴飞双星及激光指向角，实现前后径向风速的近似同时同地探测，解决了现有单星方案无法同时同地探测前后向的径向风速的问题，有利于提高天基遥感水平风矢量廓线的探测精度。本发明提出地球曲率和地形变化会导致激光指向偏差，使得局地激光方位角和高度角为动态变化量，非固定常量。因而，在反演风矢量时，若使用固定常数的方位角和高度角值，将影响风矢量反演精度。本发明提出实时解算激光方位角和高度角的方法，有利于提高水平风矢量反演精度。
本发明创新性地提出采用双星伴飞技术，通过设计卫星轨道，实现前后径向风速近似同时同地探测。该技术有利于提高水平风矢量廓线的反演精度，以及提高卫星沿轨方向的空间覆盖能力，进而显著提高卫星遥感风廓线的观测数据量。同时，提出一种新的天基水平风矢量廓线反演算法，以前向激光观测点位置为中心建立局地东北上坐标系，通过实时解算激光光束指向(局地方位角和高度角)，不再使用固定常数值近似方位角和高度角，减少地球曲率及地形高度差异导致的激光指向偏差，提高水平风矢量廓线的反演精度。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种双星伴飞测风的水平风矢量廓线探测方法，其特征在于，包括：
获取第一方向速度矢量，所述第一方向速度矢量为通过第一卫星测量得到的前向激光光束方向的速度分量，即前向径向风速；
获取第二方向速度矢量，所述第二方向速度矢量为通过第二卫星测量得到的后向激光光束方向的速度分量，即后向径向风速；其中，所述第一卫星和所述第二卫星为伴飞双星；
根据所述第一方向速度矢量确定局地坐标系下的前向激光方位角和前向激光高度角，根据所述第二方向速度矢量确定相同的局地坐标系下的后向激光方位角和后向激光高度角；
根据前向径向风速、前向激光方位角、前向激光高度角、后向径向风速、后向激光方位角和后向激光高度角进行水平风矢量反演，获得水平风矢量廓线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一卫星和所述第二卫星的激光光束指向在卫星坐标系下的天底角相同；
所述第一卫星的观测指向与所述第二卫星的观测指向在地表的水平投影量正交；
所述第一卫星和所述第二卫星的真近点角差等于两卫星之间的在轨飞行时间差对应的角度；
所述第一卫星和所述第二卫星的升交点赤经差满足：Δλ/ωe＝Δγa/ωs；其中，Δλ为轨道面间升交点赤经差，ωe为地球自转角速度，Δγa为平近点角差，ωs为卫星在轨角速度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一方向速度矢量确定局地坐标系下的前向激光方位角和前向激光高度角，包括：
以第一方向速度矢量在大气球表的观测位置为中心建立局地东北上坐标系；
将第一卫星在地心地固坐标系下的坐标转换为局地东北上坐标系下的坐标；
根据转换坐标系之后的第一方向矢量，计算在该东北上坐标系下的前向激光方位角和前向激光高度角。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二方向速度矢量确定相同的局地坐标系下的后向激光方位角和后向激光高度角，包括：
将第二卫星在地心地固坐标系下的坐标转换为该局地东北上坐标系下的坐标；
将第二卫星在大气球表的观测位置在地心地固坐标系下的坐标转换成局地东北上坐标系下的坐标，获得后向径向风速在该局地东北上坐标系下的第二方向矢量；
根据转换坐标系之后的第二方向矢量，计算在该局地东北上坐标系下的后向激光方位角和后向激光高度角。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算前/后向激光方位角和前/后向激光高度角，包括：
获得在局地东北上坐标系下的第一/二方向矢量为
Figure FDA0003384985210000021
则对应的前/后向激光方位角为
Figure FDA0003384985210000022
对应的前/后向激光高度角为
Figure FDA0003384985210000023
Figure FDA0003384985210000024
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述根据前向径向风速、前向激光方位角、前向激光高度角、后向径向风速、后向激光方位角和后向激光高度角进行水平风矢量反演，包括：
根据前向激光方位角、前向激光高度角确定前向径向风速的表达方程式；
根据后向激光方位角、后向激光高度角确定后向径向风速的表达方程式；
确定假设条件为：前后向激光在大气球表的观测范围内，大气风场均匀分布且垂直平均风速为零；
根据假设条件求解前向径向风速的表达方程式和后向径向风速的表达方程式。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，令u、v和w分别表示局地的东、北、上三个方向的风速分量，则有，
所述前向径向风速的表达方程式为：
Figure FDA0003384985210000031
其中，θfor为前向激光方位角，
Figure FDA0003384985210000032
为前向激光高度角，前向径向风速
Figure FDA0003384985210000033
为第一卫星的测量数据；
所述后向径向风速的表达方程式为：
Figure FDA0003384985210000034
其中，θaft为后向激光方位角，
Figure FDA0003384985210000035
为后向激光高度角，后向径向风速
Figure FDA0003384985210000036
为第二卫星的测量数据。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据假设条件求解前向径向风速的表达方程式和后向径向风速的表达方程式，获得水平风矢量
Figure FDA0003384985210000037
包括：
根据假设条件有：
Figure FDA0003384985210000038
令
Figure FDA0003384985210000039
Figure FDA00033849852100000310
则有：
Figure FDA00033849852100000311
Figure FDA00033849852100000312
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述获得水平风矢量廓线，包括：
基于不同半径的大气球表的水平风矢量反演结果，即可构成水平风矢量廓线。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至9中任一项所述方法的操作步骤。
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