多普勒差分干涉仪基于一种新型中高层大气风场探测系统，通过计算干涉图相位变化量反演观测目标源光谱的多普勒频移，实现大气风场测量。基准相位作为确定风场多普勒频移量的必要参数，其稳定性是保证风速测量精度的核心指标之一。针对非对称量相位漂移、相位斜率漂移和干涉图相位漂移这三项影响干涉仪基准相位的因素开展研究，基于多普勒差分干涉原理对其相位热漂移开展了理论分析，提出了各项因素相位漂移量的分离测试方法，并基于近红外多普勒差分干涉仪开展了实验测试。环境温度波动为0.27 ℃时，相位斜率变化量为670 mrad/m，干涉图相位漂移波动范围为8.9 mrad；修正干涉图相位漂移后，非对称量相位漂移约为4.7 mrad，均方根为0.98 mrad，等效风速测量误差为0.81 m/s。通过温度拉偏实验，得到非对称量相位漂移随温度的变化率为-493 mrad/℃的结论。

多普勒差分干涉光谱仪是傅里叶变换型光谱仪，在大气风速反演过程中，偶延拓的反演光谱无法直接解出目标谱线的相位，而且在实际测量中反演光谱中含有的杂散光谱线、噪声等，使得复干涉图相位发生变化，最终导致反演风速值的偏差。所以，在对实际噪声环境下测得数据的处理过程中，获取反演光谱相位信息时需要对目标谱线进行提取。针对不同信噪比的干涉图，利用蒙特卡罗方法对不同线宽的不同窗函数的优化反演结果进行分析。结果表明：对于信噪比高于26.5 dB的干涉图，线宽为4~5倍光谱分辨率的高斯窗函数是最优的窗函数优化方式；对于信噪比低于26.5 dB的干涉图，线宽为7~12倍光谱分辨率的矩形窗函数的反演风速值更精确，是最优的窗函数优化方式，可以复原相位信息，反演出大气风速的近似值。

通过探测高层大气中气辉(极光)辐射线的多普勒频移,可以反演出高层大气中的速度、温度和压强等物理量。以高层大气中的极光(原子氧跃迁所辐射的两条主要谱线)为被探测源,对于洛伦兹光谱线型高层大气风场的探测原理和方法进行了研究;给出了基于洛伦兹光谱线型高层大气的速度场、温度场和压力场的分布规律和理论计算公式;采用计算机模拟,描绘了洛伦兹光谱线型风场的误差曲线,表明了洛伦兹光谱线型在高层大气风场探测中占有相当重要的地位。