生物气溶胶极易在大气中传播并引发大范围疾病感染，利用生物荧光特异性的激光诱导荧光（LIF）雷达技术是实现生物气溶胶防区外侦测的有力手段。LIF激光雷达是一种宽光谱系统，受大气能见度和背景辐射的影响与窄光谱系统（如米散射激光雷达）有明显差异。为了评估LIF激光雷达在不同大气条件下的探测性能，利用Modtran5对几种典型的大气能见度和背景辐射（或工作时段）的水平路径上的宽光谱背景辐射与大气传输透过率进行了仿真，进而对不同大气条件下LIF激光雷达的探测性能进行了定量分析。仿真结果表明：在相同的大气能见度条件下，夜间的可探测距离要比白天高出2~4倍，且能见度越好，探测性能差异越大；在相同的工作时段，大气能见度良好时的可探测距离要比大气能见度较差时的高出2~5倍，且夜间探测性能差异比白天大；气溶胶生物性识别的可探测距离要比生物成分识别的可探测距离高出1~2倍，且受大气条件的影响明显。

荧光激光雷达对气溶胶云团进行远程侦测时，常利用决策树法对云团的荧光光谱信号进行识别。当大气能见度较差或背景辐射较强时，激光雷达的信噪比下降，导致分类识别的准确性明显降低。针对这一问题，提出了一种基于特征提取的决策树分类方法，该方法充分利用荧光光谱信号的信息，具有较强的适用性。首先介绍了生物荧光光谱的特点及传统识别算法和改进识别算法的原理；然后实验测试了6种生物溶液的荧光谱，并通过在这6种生物物质的荧光光谱中增加不同强度的噪声，对两种分类识别算法的性能进行了对比分析。结果表明：所设计的基于特征提取的决策树算法的训练时间基本不随噪声大小改变，当光谱信号的信噪比为10时，对6种生物物质的识别准确率基本达到80%以上；对于两种荧光光谱极其相似的生物，具有较强的区分能力，识别准确性优于传统识别算法；抗噪能力较强，提高了生物气溶胶激光雷达的探测识别能力。

基于激光在湍流大气中的光强闪烁现象搭建了一套横风测量系统，并提出了一种趋势匹配算法。对拟合后激光回波信号的趋势序列进行匹配，计算两束回波信号的相关时间时延，并反演出整条路径上的合成风速。用该系统与标准测风雷达分别对117、225、485 m的目标路径进行同步测量，实验结果表明，两台设备的测量数据具有较好的一致性，相关系数分别为0.8567、0.8327、0.7647。此外，该系统采用收发一体化配置方式，具有结构紧凑、质量轻、体积小、便于携带、算法简单、测量精度高的优点。

Fabry-Perot标准具是532 nm多普勒测风激光雷达的核心部件,其参数和加工精度直接影响整个系统的灵敏度和风 速测量的精度。对不同波长的回波信号进行模拟,分析所选测量激光波长532 nm的原因。通过对系统的灵 敏度和测量精度进行分析,优化设计标准具的主要参数,分析认为,标准具的自由光谱区为9 GHz,带 宽1.75 GHz,两边缘通道峰值间隔4 GHz,锁定通道与边缘通道峰值间隔为1.125 GHz时,系统的灵敏度 和测量精度最优。通过模拟计算标准具的主要缺陷对透过率的影响,确定标准具的表面加工精度要 求5 nm,平行调节时腔长的最大差值要求小于10 nm。

提出了一种基于单固体法布里珀罗(F-P)标准具和可调谐半导体激光器的高精度鉴频新技术双频率四边缘技术。导出了F-P标准具反射谱和透射谱函数表达式，分析了双频率四边缘技术的鉴频原理；根据鉴频原理，给出了鉴频系统结构及相应的探测信号分析处理方法；进一步分析了噪声引起的测量误差，导出了具体的误差公式；与传统的基于F-P标准具双边缘鉴频技术的探测性能做了对比分析。结果表明，该技术通过对F-P标准具的透射和反射信号同时探测，鉴频精度将提高2.82~3.03倍，而且由于采用的是单固体F-P标准具，光路简单且系统成本低。

为了验证自行研制的瑞利散射测风激光雷达的性能及应用价值，将激光雷达测量的风速风向廓线与探空气球测量结果进行对比，结果吻合得较好，高度10 km以下风速最大差距3.0 m/s，20 km以下最大差距4.5 m/s；风向除拐点外标准差最大32°。连续探测结果显示了强劲的西风急流和风向转换特征，急流中心的高度一般在10~12 km，中心最大风速接近70 m/s，最小风速不低于30 m/s，20 km左右拐点最小风速不足1 m/s，20 km以上风速逐渐增加；在20 km以下风向为西风，在270°左右变化，20 km以上为东风，在90°左右变化。探测结果表明瑞利散射测风激光雷达既能跟踪大尺度季节性气候特征的变化规律，又能突出小尺度瞬态气候特征的形成、演化过程。

为了获得更为准确的大气风速廓线，使用国内首台基于三通道Fabry-Perot标准具的瑞利散射测风激光雷达进行风场测量，提出了根据实测数据及时调整标准具位置的激光频率反演方法。此方法有效减小了激光频率漂移和抖动造成的反演误差，同时对传统风速算法进行了改进。利用非线性迭代算法处理数据，通过对两种算法处理结果的比较，发现迭代算法具有更高的反演精度。使用非线性迭代算法对三通道瑞利散射多普勒测风激光雷达风场测量数据进行处理，得到了10km~40km的大气风速廓线。结果表明，此种风速反演算法切实可行，并提高了反演精度。

设计了采用532 nm 种子注入稳频钇铝石榴石(YAG)激光器作为辐射源的基于四通道法布里-珀罗标准具的瑞利和米散射测风激光雷达系统。介绍了激光雷达的多普勒测量基本原理；给出了雷达系统的主要参数, 重点对基于分子后向散射信号的外侧双通道标准具的带宽、自由谱间距、峰值间距等指标进行了详细设计与分析, 确定了内侧双通道标准具参数；对全系统速度灵敏度、信噪比与探测距离的关系进行了理论模拟。结果表明,可以实现从边界层至对流层高低空一体化探测。

利用多普勒测风激光雷达(DWL)进行实地风场探测，对探测数据进行深入分析。介绍了基于三通道法布里珀罗(FP)标准具的多普勒频率检测等基本原理，给出了DWL结构组成和系统参数；并分别给出了该DWL与风廓线雷达(WPR)低空对比探测数据、与气球探空仪高空对比探测数据，结果表明，低空数据的风速偏差在0.1~1.2 m/s，风向偏差在1°~9°之间，高空数据的风速偏差在0.1~2 m/s之间，风向偏差在1°~12°之间，表现出良好的一致性；对DWL数据精度进行分析，得出光束入射角、发散角、信噪比和探测器是影响精度主要因素的结论，从标准具透射率扫描拟合曲线入手，计算得出该型DWL实际探测偏差值高出理论值2.07%。

激光成像跟踪系统是实现空间远距离暗目标跟踪的一种极具潜力的手段, 而目标在激光照射下的 图像将受到激光散斑的调制作用,影响目标的识别及目标的定向精度。对激光照射下目标图像的 统计特性进行了理论分析,提出了一种对原始图像依次实施灰度线性变换、中值滤波和Lee滤波的组合 数值滤波器对图像噪声进行抑制。处理的结果表明,采用上述组合方法,图像的噪声指数可从0.67降至0.22, 同时边缘保持度可达0.96,为后续的图像处理提供了必要的基础。