在使用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)技术进行气体检测时,气体氛围的温度变化会影响气体的吸收谱线强度、吸收线线型及气体分子数密度,进而影响气体浓度的测量结果。设计了高精度温度控制箱体,并用其控制吸收池所处环境的温度。首先,利用CFD仿真软件模拟了目标温控箱形状、半导体致冷器位置及气流矢量等参数对箱体内部温度分布的影响;其次,利用仿真结果对温控箱的设计及加工进行优化;最后完成了温度控制箱体的制作,其可为气体吸收池提供均匀稳定的温度场。温度控制箱体的可调控制温度范围为32~50 ℃时,控制精度可达0.01 ℃,并能长期保持稳定。通过标准CO2气体浓度检测实验,对温度稳定性进行了验证。上述结果证明,利用CFD仿真优化温控装置参数,可获得均匀稳定的温度场,减小环境温度对测量结果的影响,有效提高气体浓度测量的准确度和稳定性。

基于Fabry-Perot标准具的直接探测测风激光雷达是中高层大气风场探测的有效手段之一, 系统保持长期稳定地运行是监测风场变化的基本需求; 通过对DWL给出的无效探测数据进行的深入剖析, 得出是激光发射频率发生了相对漂移所致; 然后, 搭建实验验证内在机理, 得出, Nd:YAG激光器中种子激光器工作环境温度每变化1 ℃将导致激光发射频率产生1.536 GHz漂移, 可致使透过率变化最大达46.1%, 标准具工作环境温度每变化1 ℃相当于激光频率产生的相对漂移量737.7 MHz; 当满足小于1 m/s的系统误差时, 需要建立三级温控机制, 将系统整体处于调控精度为1 ℃的恒温环境中工作, 另外将种子激光器、标准具分别置于调控精度为0.001 ℃的恒温箱内工作, 能够满足风场探测的要求。

：一台用于观测对流层和平流层风场的车载瑞利测风激光雷达于安徽合肥建成，该雷达使用双边缘技术，设计探测高度10~40 km，距离分辨率分别为100 m(20 km高度以下)和500 m(20 km高度以上)。在2011年夏季该雷达于新疆乌鲁木齐地区(42.1°N，87.1°E)进行了风场观测实验并成功观测到了平流层准零风层大气结构，给出了几组夜间典型的风场数据，根据观测结果得出：准零风层底部高度稳定在17~18 km高度而不随时间变化，而准零风层厚度则随时间有一个先增大后减小的趋势，并在北京时间凌晨0点~3点期间达到最大值。在观测中出现的准零风层厚度最大值超过15 km，最小值则仅有约2~3 km。分析认为：准零风层厚度的变化与夜间平流层接收到的紫外线辐射强度变化有关，同一时刻不同纬度上的平流层接收的紫外线辐射强度变化程度不同，导致平流层温度梯度继而大气环流的速度发生变化，从而引起准零风层厚度变化。

介绍了基于法布里-珀罗(F-P)标准具的多普勒测风激光雷达(DWL)的基本工作原理,给出了DWL 的典型探测数据:对影响DWL 风场探测数据精度的因素进行了深入的剖析,主要包括背景光强度、探测器的工作状态、发射激光的频率锁定、种子激光器的工作环境温度、转场或温度骤变对接收机引起的形变等因素:背景光过强会导致系统信噪比急剧降低,探测器饱和将会处于非线性工作状态,进而生成无效数据,发射激光失锁将会导致风廓线平移,种子激光器工作环境温度不恒定将会导致激光跳变等现象,影响因素逐一克服后,DWL与探空气球的风速偏差在1.4 m/s以内、风向偏差在2.2°以内.

利用脉冲能量为110 μJ、重复频率为20 kHz及脉冲宽度为300 ns的光纤激光器设计了一套工作波长为1.55 μm的相干测风激光雷达，给出了系统的性能参数。根据后向传播本振的原理计算出当望远镜对发射高斯光束的截断比为最优值0.823 时，激光雷达的天线效率达到最大值0.422。在最优截断比条件下分析了望远镜口径对相干激光雷达载噪比的影响，优化了望远镜设计。从理论上计算出激光雷达的探测性能指标：探测距离大于3 km，风速测量范围为±62 m/s，距离分辨率为84 m，风速测量精度优于0.1 m/s，时间分辨率为0.5 s。

频率标定是瑞利测风激光雷达的关键技术。瑞利测风激光雷达中, 通过改变压电陶瓷管的电压实现连续调谐F-P标准具腔长, 使出射激光频率处于双边缘透过率曲线的交点处。在连续调谐时, 由于压电陶瓷管的磁滞效应引起腔长调谐非线性, 从而导致系统误差。分析了该误差的原因及特性, 提出了静态软件补偿和动态调频跟踪相结合的频率标定方法。若激光出射频率相对F-P标准具漂移小于100 MHz时, 在数据反演时补偿该频率偏差；若相对频率漂移大于100 MHz时, 将F-P标准具先退回预设腔长以下, 通过逐步增加电压的方式, 重新实现频率锁定, 保证锁定过程处在磁滞回线的电压上升段, 避免了磁滞效应引起的误差。多普勒激光雷达与无线电探空仪的两组对比实验中, 在15～30 km高度, 风速最大偏差6.22 m/s, 平均偏差1.12 m/s。

报道了一种基于扫描F-P标准具的高光谱分辨低平流层大气温度探测技术。通过扫描F-P标准具,获得大气分子瑞利后向散射的透过率分布。对该透过率进行非线性拟合,由拟合得到的谱宽计算大气温度分布。为了减小频率不稳定引起的系统误差,采用静态的F-P标准具实时监测激光出射频率,并在数据处理中进行补偿。由时间分辨率2000 s的激光雷达原始信号的信噪比,根据最大似然估计误差分析,该方法在30 km以下的探测误差小于1.9 K,50 km以下的探测误差小于9.8 K。在对比实验中,在18～36 km高光谱分辨激光雷达与探空气球探测的温度廓线最大偏差4.7 K;在27～34 km,高光谱分辨激光雷达与瑞利积分激光雷达探测的温度最大偏差2.7 K。在15～27 km,由于气溶胶的污染,瑞利积分激光雷达的温度明显偏离其他两种探测结果,最大偏差达22.8 K。

差分像移激光雷达可以测量随距离分布的大气湍流廓线。在结合测量原理和定性分析的基础上，经过严格的数学推导得到了差分像移激光雷达测量湍流的误差公式，提供了定量分析和改进系统性能的基础：在系统参数确定后，通过合理分配探测点间距以及每个探测点的探测时间可以达到最好的测量效果。根据模拟分析的结果，测量误差主要来源于光斑质心计算误差和有限样本引起的统计误差。近距离测量时，由于接收到的光子信号很强，光斑质心计算误差的影响很小，此时样本统计误差起主导作用；随着距离的增加，光斑质心计算误差的影响越来越大。

为了精确观测平流层风场, 采用F-P标准具作为瑞利散射测风激光雷达多普勒频率检测的核心器件, 对F-P标准具多普勒频率检测原理进行了理论分析, 从分析最大设计高度时的测量误差着手, 优化选取标准具透过率曲线参量; 介绍了透过率曲线参量的校准过程和校准方法, 分析了导致透过率曲线的半峰全宽增大的原因、透过率曲线校准精度对速度灵敏度及系统探测误差的影响; 并通过实验对设计和校准结果进行了验证。结果表明, 由于透过率曲线的半峰全宽增大, 导致速度灵敏度下降了0.118%/(m·s-1); 40km高度处, 在测量信噪比大于10的条件下, 径向速度测量精度增大2m/s。