卫星激光测距（SLR）平均回波光子数是表征系统探测能力的重要参数之一，与激光大气传输特性紧密联系。基于Mie散射理论，结合气溶胶粒子的实际分布情况，提出并利用激光雷达大气修正（LAC）模型计算SLR系统平均回波光子数，以长春站60 cm SLR系统为例，分析气候条件对SLR系统平均回波光子数的影响。结果表明，SLR系统平均回波光子数随地表附近能见度增大而增加，随相对湿度增大而减少。当望远镜俯仰角大于15°时，能见度对平均回波光子数的影响将超过相对湿度，并且在俯仰角为60°左右时达到峰值。阐述了气候条件影响SLR探测性能的内在机制，并为SLR系统选址与性能评估提供了新的理论方案和技术支持。

根据全光纤激光雷达特性设计与优化发射和接收光学系统。针对全光纤激光雷达光学系统中的激光高斯传输特性、扩展目标特性和光纤收发特性，修正激光雷达方程中的发射天线增益和目标反射截面，引入光纤接收效率参数。修正后的发射天线增益与目标处光斑大小的平方成反比，漫反射目标的雷达反射截面取决于目标反射率和激光入射角。实验探究了回波功率与接收光纤芯径的关系，得到了最佳光纤芯径。修正后的激光雷达方程可准确计算光纤收发条件下激光的回波功率，为后续的信号处理提供精确的理论支持。

分析了用于测云的最佳激光雷达波段,给出了计算雷达方程所需的大气分子 和气溶胶消光系数的垂直廓线模拟图,以及在小孔光阑存在的情况下同轴透射式测 云激光雷达的几何重叠因子模拟图,使用拟定的大气探测激光雷达技术参数进行回 波信号及其信噪比的模拟计算,分析脉冲发射能量、脉冲发射次数、滤光片半宽等 对信噪比不同程度的影响。这对分析测云激光雷达的探测性能具有基本的意义,同 时也为测云激光雷达技术参数的确定提供了理论上的分析依据。

针对机载激光雷达信号Fernald前向反演方法要求准确得到标定值的问题, 提出了一种新的定标方法：在机载激光雷达探测得到的各条大气回波信号廓线中, 使用一条已知其大气气溶胶后向散射系数垂直分布的廓线, 通过机载激光雷达方程来确定出其他各条回波信号廓线上的大气气溶胶后向散射系数标定值。模拟分析和实验验证了这种定标方法的可行性, 用其标定值反演出的大气气溶胶后向散射系数垂直廓线是较为合理准确的; 误差分析表明由该定标方法反演的大气气溶胶后向散射系数相对误差在20%以内。这种定标方法是可以运用于机载激光雷达信号Fernald前向反演的。

非扫描成像雷达理论中最核心的问题是激光雷达方程的理论计算,经典的激光雷达方程只适用于在一次成像目标很小,目标的后向散射相等的情况下,而大视场照明时在视场内由于光束到地面的入射角不同引起后向散射并不相等,而是符合朗伯定律的随机分布,因此在大视场条件下并不适合,需要进行修正。在大视场条件下对经典的激光雷达方程进行了具体化分析,得到了大视场条件下修正的激光雷达方程。