在诸多大气风场探测手段中,光纤激光器结构的相干测风激光雷达具有结构紧凑、性能稳定、测风精度高和时间响应快等优点,已经成为大气科学研究、天气预警预报、风电场管理,大气环境监测等领域重要的探测工具。相干测风激光雷达的微弱信号探测对风速反演算法的估计精度要求严格,需要定量分析风速算法估计误差。论文从多方面研究了相干测风激光雷达的回波信号处理和风速反演算法的性能评估,这对于提高风速反演算法精度具有重要的参考价值。论文首先介绍了相干测风激光雷达的基本原理,引入了评估相干测风激光雷达系统性能的激光雷达方程、载噪比,以及天线效率等参数,为后续的风速估计算法比较提供理论依据。随后根据协方差矩阵回波信号模型与带湍流扰动的分层结构回波信号模型,通过最大似然估计(ML)、最大似然离散谱峰值估计(ML DSP),以及高斯拟合估计(Gauss)处理不同类型的回波信号,得到表征风速估计误差的估计标准差和探测概率;仿真结果表明ML估计的性能最好,Gauss估计优于MLDSP估计,在宽脉冲宽度情况下风速估计算法性能更好,并且大气湍流严重干扰风速估计算法的精确度。利用实验室搭建的相干测风激光雷达测得的风场数据,分析比较MLDSP估计与Gauss估计的风速误差。结果表明在低探测距离区域,Gauss估计性能微弱优于对应的MLDSP估计;在距离较高的区域,随着距离的增加,两种算法的风速误差差值显著增大,说明Gauss估计的风速精度明显优于MLDSP估计。利用自相关系数统计分析这两种估计算法,结果显示Gauss估计反演得到的风速数据在时域变化上更具有稳定性。