为了减少由海天视场的时空不匹配引起的海表皮温测量误差，设计了循环水膜装置，结合红外热像仪，提出了一种海表皮温校正方法。在循环水膜装置中，通过水的循环流动，打破冷表皮效应，水膜的表皮温度可被测温仪精确测量。该方法使用热像仪对已知表皮温度的水膜进行测量，通过计算水膜表皮温度的真实值与测量值之差，校正热像仪对海表皮温的测量值，从而去除天空辐射对海表皮温测量的影响，得到准确的海表皮温数据。经实验验证，本文方法在降低海表皮温测量设备成本的同时，可提升天空辐射在时空多变时的测温精度。

激光雷达能够提供高时空分辨率的大气风场数据，为了提高激光雷达在海上浮标等运动平台上的观测精度，开展了基于漂浮式测风激光雷达系统的海气边界层风场反演算法研究。利用自主研发的漂浮式测风激光雷达系统的观测数据，使用浮标平台姿态和径向速度校正方法、速度方位显示（VAD）风场反演方法，以及数据质量控制方法，提高风廓线反演结果的准确性。将同步观测实验结果与风廓线反演结果进行比对验证，结果表明水平风速和风向的比对误差分别为0.3 m/s和2.0°，决定系数分别为0.986和0.996，表明了漂浮式激光雷达风廓线反演算法的准确性。

当气流经过风电机组的扫风平面时, 风电机组下风处产生的尾流效应会对风电机组的发电效率、疲劳载荷产生不同程度的影响。基于相干多普勒测风激光雷达在江苏某海上风电场开展了全天候风场观测实验。由于紧邻风电机组的尾流垂直截面上风速呈双高斯分布规律, 利用传统单高斯拟合算法存在计算误差较大, 无法反映真实流场风速变化规律, 提出了一种单-双高斯模型拟合改进算法, 分析了目标风电机组尾流的尾流宽度、风速损失率和尾流长度等参数特征, 研究结果验证了单-双高斯拟合算法对尾流横向风速拟合的可行性和准确性。

为了实现对风力发电机振动的遥测, 提出了一种新的风力发电机状态监测方式。利用相干多普勒激光雷达探测风力发电机的低频振动, 并对遥测方法、测振频谱数据处理方法以及试验中出现的现象进行试验研究。试验分为风力发电机实测试验和固定目标实测试验两部分: 首先在距离风力发电机约675 m使用多普勒激光雷达对其塔筒顶部进行扫描, 记录频谱数据, 利用基于离散频谱校正技术的测振频谱数据处理方法, 提取风力发电机的振动状态参数; 然后进行固定目标实测试验, 使用相同的数据处理方式对回波信号进行处理, 对激光雷达的实际误差进行评估。试验结果表明: 相干多普勒激光雷达对风力发电机频率为0~2.5 Hz、振动速度为0.1~3 m/s的低频振动探测效果明显, 具备探测风力发电机低频振动的能力。

本文介绍一个针对浮游植物现场探测的三维激光诱导荧光(3D-LIF)光谱系统。该系统以波长可调谐激光器为光源, 使用光栅光谱仪进行光谱分光, 输出光谱范围380 nm~800 nm, 并选用32通道光电倍增管模组作为光电探测器。光栅光谱仪和光电倍增管模组之间的耦合选用芯径0.2 mm的光纤束, 对应光谱分辨率约为3 nm, 以此采集接收的31通道发射荧光光谱, 其光谱范围为410 nm～710 nm, 光谱带宽约10 nm。光电转换电路的模拟带宽约为20 MHz, 数据采集频率50 MHz, 分辨率14 bit。基于研发的光谱系统, 采用光学参量放大器(OPO)以获得405 nm~615 nm可调谐激发光源, 在实验室对三十余种中国海常见的浮游植物的3D-LIF光谱进行了测量。测量结果证实了系统的稳定性和用于藻种分类和识别研究的有效性。系统中的激光器和望远镜可灵活更换, 接收的光谱范围和光谱分辨率等参数可便利调节, 因此, 该系统可望发展成为用于现场探测的3D-LIF光谱系统。

单频脉冲激光器的频率稳定性显著地影响直接探测多普勒激光雷达的风速测量准确性，工作在半导体抽运Nd:YAG激光器倍频532 nm的种子注入脉冲激光器的典型自由频率漂移可达15 MHz/min，相当于4 m/s风速误差。基于碘分子吸收光谱稳频原理，采用Labview虚拟仪器控制技术，对种子注入脉冲放大式的半导体抽运Nd:YAG激光器进行稳频，实现了脉冲激光器的频率扫描、碘分子1109光谱吸收线的自动匹配和频率锁定。长时间(大于2 h)频率漂移标准偏差为0.8 MHz，等效风速误差为0.2 m/s，达到直接探测多普勒测风激光雷达长时间测量对脉冲激光器的频率稳定要求。

研制了一套采用倍频YAG激光器的小型海洋激光雷达,用于测量海中悬移质浓度。2000年8月28日至9月5日,该系统安装于“东方红Ⅱ”号右舷下甲板,在渤海海区进行海中悬移质浓度现场测量。通过对18个站位的海洋激光雷达数据分析,获得的表层悬移质浓度与同步测量的海中悬移质浓度结果吻合较好。

介绍了利用边缘技术检测激光频率信号，实现大气激光通讯的原理。描述了利用碘分子滤波器作为边缘滤波器的原理性实验系统，并介绍和分析了实验结果。基于边缘技术的通讯系统拥有很窄的光学带宽和很高的激光频率稳定性，系统的光学信号带宽在400MHz以内，并且接收系统仅对激光信号的频率敏感，可以剔除大气中绝大部分的干扰。对于原理实验的不足之处，文中进行了初步的探讨。