双通道数据拼接技术能有效地增大激光雷达系统的动态探测范围, 改善大气回波信号的信噪比。提出了一种基于非支配排序遗传算法II(NSGA-II)与邻域粗糙集(NRS)的大气遥感激光雷达数据拼接智能算法, 即NRSWNSGA-II, 提高了数据拼接的准确性和稳定性。该算法以三个判断双通道数据拟合优度的评价函数为优化目标, 通过NSGA-II获得评价函数的Pareto最优解集, 进而利用NRS训练数据样本得到的权重进行线性规划, 实现了最优拟合范围内的全局随机搜索。实验结果表明, 所提算法拼接效果良好并在全天性数据拼接工作中有较好的稳定性。

提出了一种新型的采用多纵模激光器作为发射光源的大气气溶胶遥感高光谱分辨率激光雷达(HSRL)技术。该技术将视场展宽迈克耳孙干涉仪(FWMI)作为光谱鉴频器，并在设计FWMI时使其周期鉴频特性与多纵模激光器的模式间隔相匹配，因而每个纵模的回波信号可被FWMI鉴频器进行效果一致的精细光谱分离。详细阐明了所提出的多纵模HSRL的原理和实现方式，定量讨论了制约多纵模HSRL中FWMI鉴频性能的主要因素。在1064 nm波段采用计算机仿真验证了所提技术的性能。多纵模HSRL技术可避免目前HSRL对单纵模激光器的依赖，既能减小HSRL中激光器的成本、体积和重量，又可以大幅提升了HSRL激光系统的稳定性，对我国机载和星载HSRL的研制具有一定的借鉴意义。

针对现有普通偏振分光棱镜（PBS）消光比低、偏振串扰等不足，提出一种由PBS和偏振片构成的高精度偏振分光系统。在PBS的反射通道和透射通道插入偏振片，并调整偏振片的透光轴方向，以便最大程度地抑制偏振串扰。理论计算和数值仿真一致表明，该偏振分光系统能够实现更高精度的偏振分光。实验测得，当入射光强度比为-47.5 dB时，普通PBS的偏振分光误差为57.3%，添加了偏振片的偏振分光系统的偏振分光误差为14.3%；而当入射光强度比为47.8 dB时，普通PBS的偏振分光误差为15.5%, 添加了偏振片的偏振分光系统的偏振分光误差为8.6%。提出的偏振分光系统简单实用，可广泛应用于偏振光学系统中。

近红外高光谱分辨率激光雷达(HSRL)分子散射回波信号具有频谱展宽窄、能量弱等特点，相对于紫外和可见光HSRL 研发难度大大增加。光谱滤光器作为HSRL 的关键器件之一，与HSRL 系统的反演精度密切相关。根据光谱滤光器的信号透射率和光谱分离比与HSRL 系统反演精度的关系，通过分析1064 nm HSRL 散射回波的特点，对两种具有代表性的干涉光谱滤光器进行了建模和仿真分析。结果表明，在光束发散角较小时，Fabry-Perot干涉滤光器具有较好的滤光性能，但对面形精度要求较高，不易于加工和装调；视场展宽Michelson 干涉滤光器(FWMI)对光束的发散角不敏感，集光能力强，且对面形精度的要求相对较低，在实际应用中更适合用于近红外HSRL 系统光谱滤光器。

分析了视场展宽迈克耳孙干涉仪(FWMI)用作高光谱分辨率激光雷达(HSRL)光谱滤光器时一个未引起广泛重视却又非常重要的问题：FWMI增透(AR)膜反射率容差评估。由于FWMI不同材料分界面的AR 膜无法做到100%透射，一旦光线经过该表面，将引起部分光被反射，且这部分光线将成为游离光线在干涉仪主体中不断被多次反射。分析了AR膜反射率导致的多次反射对FWMI滤光性能的影响机理，并采用光谱分离比(SDR)作为性能量化指标，提出了一种迭代算法来定量评估FWMI光谱分离特性与AR膜反射率的关系。分析结果表明，AR膜反射尽管对大气分子散射信号的透射率影响不大，但会较大的降低FWMI对气溶胶散射信号的抑制能力，最终总体上导致SDR 的降低。本方法对FWMI AR 膜反射率容差评估具有较大的参考价值，是保证FWMI良好设计性能的重要方面之一。

高光谱分辨率激光雷达由于可实现对大气参数的精确反演，在大气遥感领域具有较好的发展前景。介绍了高光谱分辨率激光雷达探测气溶胶、大气温度以及风速的基本原理以及目前国内外的研究进展，并重点介绍了高光谱分辨率激光雷达系统中的鉴频技术、激光技术、锁频技术以及数据处理技术等几项关键技术。

提出了一种基于贝叶斯模式识别的激光雷达大气遥感灰霾组分识别的方法。介绍了灰霾组分模式识别模型的建立过程，并利用具体的贝叶斯判别函数作为灰霾粒子光学特征向量的选择依据对灰霾粒子进行识别分类。采用计算机仿真实现了该灰霾组分模式识别模型，并通过两种自验证方法检验了模型的正确性和稳定性。讨论了该模型对现有大气遥感激光雷达的适用性，凸显了偏振高光谱分辨率激光雷达(HSRL)的优势。

提出了用作近红外高光谱分辨率激光雷达（HSRL）光谱滤波器的视场展宽迈克尔孙干涉仪（FWMI）的设计方法。详细给出了FWMI的设计理论和设计指标的确定过程，通过视场补偿及热补偿设计，使FWMI能在一定温度范围内保证较大的入射视场。给出了针对近红外FWMI的设计结果。性能评估表明，所设计的FWMI可接收的视场角大于2°，并在(20±0.5) ℃的温度范围内具有几乎不变的工作性能。最后通过容差分析，保证了该设计结果能满足现有的加工工艺。该设计过程和方法对FWMI的设计加工具有一定的指导意义。

研究了高光谱分辨率激光雷达（HSRL）中光谱滤光器透射率参数对其反演大气气溶胶光学属性精度的影响。建立了一种基于普通三通道HSRL配置的、与光谱透射率参数有关的反演误差理论分析模型，并通过蒙特卡罗(MC)算法仿真验证了该误差分析理论模型的正确性。理论模型及MC仿真结果表明，滤光器的分子信号透射率和谱分离比（SDR）越大，HSRL系统反演精度越高，并且SDR主导低海拔区域的反演精度，而分子信号透射率对高海拔区域的反演影响更明显。此结论适用于大多数具有类似的多信号通道结构的HSRL，对HSRL滤光器的选型和设计具有一定的指导意义。

针对近地层自由空间紫外通信信号微弱的特点, 在阐述紫外信号调制方式的基础上, 提出了放大器的选频特性及其指标。围绕预定的指标要求设计了选频电路和三级放大电路, 通过增益调整电路进行增益的补偿和微调, 使总体特性曲线可以满足实际使用的需求。用 Multisim进行放大器仿真, 结果表明: 该放大器在 30 kHz和 50 kHz两个中心频率具有 10 000～100 000之间连续可调的放大倍数, 中心频率附近的带宽约 2 kHz,等效输入噪声电压5 nV/Hz @30 kHz、50 kHz。设计中采用了低噪声器件, 使放大器更适合用于近地层微弱紫外信号的放大, 这对实际工作有一定的参考意义。