传统多光谱关联成像技术的发展受限于系统结构复杂和数据量大。为提高多光谱图像的复原效率，本文提出了余弦编码复用多光谱关联成像技术。将具有确定频率的余弦结构编码与正交Hadamard基图案复用为结构光对目标场景进行调制照明，并用一个宽带光电倍增管收集后向散射信号。在复原过程中，基于余弦编码的傅里叶频移特性可将多通道光谱混叠信息由空间域转换到频率域进行解码分离，最终复原出目标场景的多光谱图像。通过仿真分析了理想低通滤波器、高斯低通滤波器和巴特沃斯低通滤波器对多光谱图像复原质量的影响，并将所提方法与传统方法进行了对比实验。结果表明：所提方法能有效提高多光谱信息的获取效率，缩短图像重建时间；频域滤波时，选用高斯低通滤波器比理想低通滤波器、巴特沃斯低通滤波器更具优势。

为了初步探究淮南地区大气SO2及NO2的不同时空分布特征,采用自研的差分吸收激光雷达系统测得某地（淮南地区）部分月份大气SO2及NO2气体浓度分布廓线,并选取其中典型实例从气体水平浓度日变化、垂直浓度变化以及水平浓度月变化3个方面分析了SO2及NO2分布特点。结果表明,同一天夜晚时刻,SO2及NO2气体浓度大于下午时刻的气体浓度；SO2及NO2气体垂直浓度随高度增加呈递减趋势；SO2及NO2气体水平浓度月变化变现为冬季月份气体浓度最大,夏季月份气体浓度最小,春、秋季月份次之。SO2及NO2浓度变化特征是人群活动和气象条件变化共同作用的结果。

利用AML-2型车载测污激光雷达测得的合肥梅雨季节大气污染物的监测数据, 研究梅雨季节对流层大气气溶胶和臭氧的时空分布特征, 对比分析雨水对大气污染物消减的影响。结果表明：梅雨季节气溶胶的消光系数较小, 且随着高度增大呈递减的趋势, 在0.5 km高度处, 多天的消光系数为 0.1～0.18 km-1; 持续降水对气溶胶浓度具有显著的消减作用, 梅雨季节之前和梅雨季节气溶胶消光系数的均值分别为0.37 km-1和0.14 km-1; 梅雨季节臭氧的时空变化特征明显, 臭氧浓度随高度的增大而逐渐减小, 臭氧浓度的日差异较大, 2008年6月20日和24日, 0.4 km高度处臭氧质量浓度相差59.5 μg/m3; 与梅雨季节之前相比, 梅雨季节的臭氧浓度大幅减小, 相同高度处臭氧质量浓度均值的差值可达41.8 μg/m3。

为了研究测污激光雷达对水平能见度和垂直气溶胶消光系数变化趋势的探测, 采用污染气体探测激光雷达, 以斜率法和Fernald方法, 反演了301.5nm和446.6nm在水平及垂直方向的消光系数, 以及波长的Angstrom指数。结果表明, 水平方向上, 301.5nm和446.6nm的消光系数和能见度随时间变化均保持一致性; 垂直方向上, 301.5nm和446.6nm气溶胶消光系数随时空变化趋势相同, Angstrom指数随着时间的推移有所变化, 但空间变化趋势相同。该结果对分析差分吸收激光雷达修正气溶胶的影响是有所帮助的。

研制了一套可用于探测背景大气SO2和NO2的差分吸收激光雷达系统。该系统利用两台Nd∶YAG激光器的二倍频和三倍频产生532 nm/355 nm的激光, 分别去抽运四台窄线宽的染料激光器, 从而获得测量大气SO2和NO2分布所需的两对激光波长300.05 nm/301.5 nm和446.6 nm/448.1 nm。实验数据表明, 在晴朗的天气条件下, 当空间分辨率为15 m且积分时间为30 min时, 大气SO2和NO2的测量精度分别可达±2.0×10-9和±5.0×10-9, 激光雷达探测的大气SO2和NO2平均浓度与当地气象部门同时间报告的浓度较一致, 显示了差分吸收激光雷达技术监测低浓度SO2和NO2时空分布的能力。

为研制一台探测距离3km、分辨率10μg/m3的大气NO2廓线差分吸收激光雷达, 以NO2的吸收光谱和激光雷达方程为基础, 通过数值仿真分析了回波信噪比与水平和垂直方向上大气中气溶胶、NO2含量的分布、探测距离和几何因子的关系; 搭建探测大气NO2实验系统, 开展了大气NO2浓度实验观测, 获得水平及垂直高度0.4km～3.0km内的NO2浓度实时分布, 探测分辨率可达4.717μg/m3, 系统稳定可靠。结果表明, 采用两台波长为354.7nm、能量不小于100mJ的Nd∶YAG激光器分别抽运两台染料激光器的方式, 并以C450为染料, 可满足差分吸收探测所需的两束波长为λon (448.10nm)和λoff (446.80nm)、能量为8mJ的输出光束。该方法为实用化NO2差分吸收激光雷达光源的设计及应用提供了理论依据及技术支持。

为评估差分吸收二氧化氮激光雷达中激光器的稳定性对反演浓度的影响，以NO2的吸收谱和激光雷达方程为基础，分析了波长漂移和能量波动对距离分辨差分吸收激光雷达浓度反演带来的相对误差。采用两台Nd:YAG激光器的354.7 nm波长分别泵浦两台染料激光器的方式，产生差分吸收探测所需的两个波长λon (448.10 nm)和λoff(446.80 nm)，搭建探测大气NO2实验系统，并就波长漂移和能量波动对NO2浓度反演影响进行了实验验证。实验结果表明：在没有稳频条件下，当λon和λoff波长漂移≤0.005 nm时，引起的浓度相对误差为≤3%；能量波动对反演浓度没有影响，但能量降低减小探测距离，当能量下降≤5%时，探测距离≤100 m，实验结果与理论计算基本一致。最后，开展了大气NO2浓度实验观测，获得实验期间水平及垂直高度0.5～3 km内NO2浓度的分布廓线，系统稳定可靠。本方法为实用化NO2差分吸收激光雷达的设计及应用提供了理论依据及技术支持。

利用CCD激光雷达系统对合肥西郊近地面气溶胶消光系数进行了昼夜连续测量, 弥补了传统后向散射激光雷达近地面盲区和重叠区域的数据空白.比较夜间Mie散射气溶胶激光雷达和CCD激光雷达获得的气溶胶消光系数, 验证了CCD激光雷达系统的可靠性.CCD激光雷达系统的白天检测是可行的, 并获得了10~180 m高度的大气气溶胶消光系数, 空间分辨率最高可达1 cm.两种气溶胶消光系数分布表明, 气溶胶消光系数在垂直方向上不是单调递减, 且在一天中剧烈变化.CCD激光雷达检测到的气溶胶消光系数的时空演化图表明, 随着天色变黑, 整体气溶胶具有降低的趋势.CCD激光雷达的气溶胶消光系数曲线的日间检测是可以实现的.

为提高基于距离选通的三维成像激光雷达成像效率及实时性,提出了一种由CCD单帧曝光图 像反演获取场景三维和强度信息的方法,应用于距离选通激光雷达成像系统。提出的方法利 用稀疏采样矩阵对回波信号进行编码,用相关算法对距离进行解码,用压缩感知技术对信息 进行复原。通过模拟仿真与室内成像实验对所提方法进行了研究,结果表明提出的方法能有 效降低数据量,提高系统成像效率。