星载Mie散射激光雷达是当前应用最为广泛的获取全球尺度气溶胶剖面信息的探测设备。然而，大气气溶胶类型多样，通常假定气溶胶遵循特定模式并以此为先验，从而实现从激光雷达信号反演气溶胶消光系数廓线，但这一定程度上会影响反演精度的进一步提升。鉴于此，提出了一种基于星载激光雷达双通道信息的气溶胶消光系数廓线的迭代反演优化算法。该方法首先在给定的先验气溶胶模式下获得初始消光-后向散射比（即激光雷达比），并基于此分别反演两个通道的气溶胶消光系数和光学厚度。同时借助构建的气溶胶光学厚度与气溶胶质量柱总量之间的关系，得到两通道独立估计的大气气溶胶质量柱总量。最后以两通道大气气溶胶质量柱总量相同为约束，实现仅依赖激光雷达数据的激光雷达比及气溶胶相关光学参数的迭代优化。由于双通道激光雷达观测的限制，该方法适用于两种类型气溶胶混合下的反演，利用内蒙古包头地区的多年气溶胶背景场，对反演模型的精度和适用性进行了评估。与采用经验估算激光雷达比的Fernald方法反演结果相比，所提算法反演的气溶胶消光系数廓线在532 nm和1064 nm通道的平均精度分别提高了21.16%和3.00%。此外，还将该方法应用在CALIOP数据中，进一步验证了该反演模型的应用潜力。

在自主研制的便携式双视场米散射气溶胶激光雷达（DFOV激光雷达）基础上, 探索双视场激光雷达信号拼接思路, 利用“斜率-Fernald”方法反演了气溶胶水平消光系数, 进而获取了DFOV激光雷达对气溶胶水平消光系数的扫描分布。 首先, 对雷达回波信号分段运用斜率法, 求解最优的气溶胶消光系数、 后向散射系数以及相对应的参考距离, 然后将该参考点处的后向散射系数代入“Fernald方法”的前后向积分解中, 进而得到整条廓线的消光系数。 该方法有效避免了“斜率法”中大气均匀的前提假设和消光系数负值的问题, 也有效避免了“Fernald方法”对参考点的限制和要求。 在获取水平消光系数后, 通过拟合近地面空气质量监测点位过顶时刻DFOV激光雷达测量的气溶胶消光系数与PM10质量浓度ρ(PM10)之间的关系, 相关性达到091。 将此定量关系传递至激光雷达扫描的消光系数结果中, 可得到气溶胶质量浓度的水平分布, 定量反演大气中颗粒物的分布, 用于研究近地面大气污染成因、 机理和污染来源分析, 为DFOV激光雷达进一步应用于城市区域大气污染定量评价和区域空气质量三维模式同化分析研究提供定量的数据支撑。

针对同轴米散射激光雷达，提出了判断出射激光束光轴和望远镜光轴是否同轴的准直判据。以判据最大化为控制目标，以二维电动镜架为执行机构，采用变步长调节算法，设计了同轴米散射激光雷达自准直系统。实验结果表明该系统可实现高精度快速自准直调节，调节精度可达0.05 mrad，验证了准直判据和调节算法的有效性。这有利于实现激光雷达系统的自动化和无人值守。

差分吸收激光雷达发射光束与接收视场的重叠区域用几何因子函数来描述, 几何因子是差分吸收激光雷达的重要参数。 提出了一种实验方法,实验使用米散射激光雷达和差分吸收激光雷达同时测量信号,通过对比分析两台激光雷达 采集信号计算得到的气溶胶散射比廓线,获得差分吸收激光雷达的几何因子。该方法的优点在于不需要预先得到 精确度高的激光雷达参数,比如望远镜直径,光束发散角,望远镜接收视场角等。该方法的应用有利于减少近 地面差分吸收激光雷达测量臭氧廓线的误差,提高差分吸收激光雷达的探测性能,有助于研究近地面层的臭氧时空分布特征。

一台532 nm单波长的偏振米散射激光雷达用于测量大气后向散射回波信号和线性退偏振比。为了准确获 得大气气溶胶和云的退偏振特性,两个偏振通道的标定因子[EQUATION]必须精确确定。采用三种不同的实验方法来确定偏振 激光雷达的标定因子,详细叙述了测定方法、过程、结果及误差分析。最后,将标定后的激光雷达探测结果 与CALIPSO数据进行比较,进一步验证了方法的可行性。

研制了一台偏振-米散射激光雷达,用于卷云和沙尘气溶胶后向散射光退偏振比的探测研究。介绍了偏振-米散射激光雷达的探测原理,叙述了偏振-米散射激光雷达的结构、技术参数、测量方法和数据处理方法。给出了偏振-米散射激光雷达对合肥市西郊上空卷云的结构、退偏振比垂直廓线以及光学厚度的典型探测结果,对这些结果进行了分析和讨论。初步探测结果表明,合肥西郊上空高度在6～10 km的卷云的退偏振比在0.2～0.5之间,该激光雷达可以对卷云进行有效的探测,能较好地反映卷云及其光学特性的时空分布。

为了提高喇曼－米散射激光雷达探测大气气溶胶波长指数的精确度，利用不确定度传递公式对其不确定性进行了详细的理论分析，并结合喇曼－米散射激光雷达在合肥西郊的实际探测例子进行了实验研究，计算了信号、大气透过率比值和散射比参考值的相对不确定度，在高度6km以下信号相对不确定度一般小于30%，透过率比的相对不确定度一般小于4%，散射比参考值相对不确定度大小则由参考值与实际值差异而定。结果表明，适当增大激光脉冲能量和延长信号采集累计时间、准确标定散射比参考值可有效减小喇曼－米散射激光雷达探测大气气溶胶波长指数的不确定性。

新近研制的车载式双波长米散射激光雷达可用于1 064 nm和532 nm两个波长对白天与夜晚对流层气溶胶消光系数垂直分布进行的探测.该激光雷达由激光发射单元、接收光学和后继光学单元、信号探测和采集单元以及系统运行控制单元组成,后继光路之间采用光纤导光、高低层分层探测等关键技术.该激光雷达使用1 064 nm和532 nm的两个波长,其单发脉冲能量分别为400和300 mJ,重复频率都为20 Hz,光束发散角小于0.5 mrad;望远镜接收视场为1～3 mrad,滤光片的中心波长为1 064 nm和532 nm,带宽1 nm.分别使用R3236及H7680的PMT和VT120及Phillips777的放大器对两个波长的信号进行探测;对532 nm波长用3 A/D采集卡、1 064 nm波长用了光子计数卡.给出了双波长测量对流层气溶胶消光系数垂直分布的结果,该激光雷达可以探测10^-5～1之间的消光系数,探测高度可达10 km以上.

介绍了一种新型的便携式米散射激光雷达的总体结构及其各部分的功能,分析讨论了该激光雷达在夜晚与白天探测大气气溶胶消光系数垂直廓线的性能.其夜晚的探测高度达到15km左右,白天的探测高度达到10km左右.还可对卷云进行探测,获得卷云的厚度及其峰值消光系数.该激光雷达具有结构紧凑、体积小、重量轻、自动化程度高、探测速度快等优点.