大气压力是最重要的气象要素之一。为了实现空间激光遥感大气压力,需要先进行必要的地基激光雷达探测实验研究。以单纵模Nd∶YAG激光器的二倍频532 nm激光脉冲作为泵浦源,以KTP(KTiOPO4)晶体作为非线性转换介质的光参量振荡器和光参量放大器,产生了760.236 nm和760.307 nm 波长的两种激光脉冲,脉冲能量为40 mJ,采用?350 mm望远镜接收大气的后向散射,从而获得了不同高度处与激光雷达之间双波长的差分光学厚度。有效探测高度为500~4000 m,时间分辨率为1~5 min。实验结果表明,差分光学厚度对应着大气层不同高度处与激光雷达间的压力差,其对应关系的数值表达是可以期待的。

介绍了一种氧气A带差分吸收激光雷达发射机，试图用于大气压力探测实验.该激光发射机是基于种子注入的光参量振荡器和光参量放大器的结构.作为从振荡器，采用一个环形腔KTP光参量振荡器.作为注入种子的主振荡器，即一个连续波外腔调谐二极管激光器.该连续波外腔调谐二极管激光器，由高精度的波长计构成的一个PID(Proportional-Integral-Derivative)伺服控制环，稳定其工作波长.向光参量振荡器的谐振腔注入连续波的种子激光，通过“Ramp-Hold-Fire”技术，锁定OPO(Optical Parametric Oscillator) 谐振腔的腔长.该激光发射机具有高的光频率稳定性(30 MHz/rms)、窄的线宽(傅立叶转换限)、高的脉冲能量(≥45 mJ)等性能，能够在工作期间保持稳定.发射机系统以单纵模式工作，使得差分吸收激光雷达对后向散射光信号的窄带探测成为可能.因而此类系统具有精确探测大气压力的发展潜力.

根据美国标准大气模型进行了蒙特卡诺模拟,仿真研究了大气温度的不确定性对大气压力探测带来的随机误差和系统偏差,发现在氧气的A带中选择764.765 nm和765.094 nm为探测波长online,选择位于两者之间的764.948 nm为参考波长offline,是获得较小探测误差的一种方案；优化的探测波长既不在A带的吸收线上,亦不在某两吸收线之间的凹槽中间,而是位于A带吸收线p13和p14线的侧翼,这一结果对于建立积分路径差分吸收激光雷达探测地表大气压力的遥感仪器,起到参考作用.

为了实现世界气象组织对大气压力廓线和地表压力特别高的探测精度,需要消除湍流对距离分辨差分吸收激光雷达和路径积分差分吸收激光雷达的干扰。探测/参考双波束被转换成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光后被同时发射出去,经大气后的回波再被1/4波片、偏振分束片以及两个F-P标准具重新分离而被检测到。差分吸收激光雷达的除法、对数和积分运算由模拟电路进行对称的实时处理,这样有利于减小由双通道差异化带来的误差。差分吸收激光雷达的探测波束脉冲与参考波束脉冲同路径传输、同时发射、同时接收,可抵消大气随机运动等因素对系统的共模干扰。模拟研究结果表明,差分吸收激光雷达采取严格的对称性安排,是一个可提高系统探测精度的十分有益的举措。

本文根据大气场景成像过程中的偏振效应原理, 建立偏振成像方程, 提出一种基于两幅偏振化方向互相垂直的图像复原新方法。该方法从多幅偏振图像复原原理出发, 结合大气散射物理模型推导出新的偏振图像复原方程; 采用双边滤波原理估算偏振图像大气耗散函数; 结合图像评价指标自适应调整大气耗散函数, 寻找最佳雾浓度分布; 选取合适参数调整方法解决含有大面积天空区域雾霾图像复原所产生的晕轮效应。对采用传感器和KENKO CPL67MM偏振滤镜所获取的偏振图像进行大量实验测试, 并和当前较具代表性的单幅图像复原方法进行比较分析。结果表明, 本文的多幅偏振图像复原方法取得了更好的图像复原效果。