星载Mie散射激光雷达是当前应用最为广泛的获取全球尺度气溶胶剖面信息的探测设备。然而，大气气溶胶类型多样，通常假定气溶胶遵循特定模式并以此为先验，从而实现从激光雷达信号反演气溶胶消光系数廓线，但这一定程度上会影响反演精度的进一步提升。鉴于此，提出了一种基于星载激光雷达双通道信息的气溶胶消光系数廓线的迭代反演优化算法。该方法首先在给定的先验气溶胶模式下获得初始消光-后向散射比（即激光雷达比），并基于此分别反演两个通道的气溶胶消光系数和光学厚度。同时借助构建的气溶胶光学厚度与气溶胶质量柱总量之间的关系，得到两通道独立估计的大气气溶胶质量柱总量。最后以两通道大气气溶胶质量柱总量相同为约束，实现仅依赖激光雷达数据的激光雷达比及气溶胶相关光学参数的迭代优化。由于双通道激光雷达观测的限制，该方法适用于两种类型气溶胶混合下的反演，利用内蒙古包头地区的多年气溶胶背景场，对反演模型的精度和适用性进行了评估。与采用经验估算激光雷达比的Fernald方法反演结果相比，所提算法反演的气溶胶消光系数廓线在532 nm和1064 nm通道的平均精度分别提高了21.16%和3.00%。此外，还将该方法应用在CALIOP数据中，进一步验证了该反演模型的应用潜力。

为实现对大气气溶胶时空变化信息的全天时实时监测,设计了一种B/S架构的Mie散射 大气激光雷达数据采集及远程监控系统。利用ARM-Linux平台搭建的嵌入式系统实现了对大 气回波信号的实时采集。用Fernald方法即时处理回波信号,实时显示消光系数曲线与时间 高度回波强度显示图(THI)。提出的设计基于B/S架构的远程监控系统,具有监控平台无关 和监控地点无关等特性,可以更加直观地了解Mie散射大气激光雷达全天时连续探测得到的 大气气溶胶时空变化信息。实验表明所设计系统能实时显示消光系数曲线与THI图,具有良好的远程控制能力。

针对强背景光下, Mie散射激光雷达回波信号所含噪声的特点, 提出小波滤波消噪方法.该方法通过小波变换分离出背景光的直流部分, 并利用小波软阈值消除来自背景光的白噪声和探测系统的电噪声.为了验证该方法的有效性,提取并反演了Mie散射激光雷达系统实际探测得到的大气回波信号.反演结果显示有效探测距离从2.5 km提高到5 km, 表明该方法能够在白天背景下有效降低Mie散射激光雷达回波信号中的电噪声和背景光的噪声污染.

研究了考虑多次散射的卷云几何特征和光学特性反演方法，对反演卷云高度和卷云激光雷达比的方法进行了改进。采用多次散射因子对卷云消光系数曲线进行修正，选取云底及云顶附近高度消光系数变化率的均值求解云层高度修正误差，对微分零交叉法求解得到的卷云高度进行修正，实现了较为精确的激光雷达云层高度反演。采用以边界值处消光系数和卷云光学厚度为约束条件的粒子群算法，求解卷云有效激光雷达比，选用半解析Monte Carlo方法，计算总散射信号与一次散射信号的比值，并结合Platt多次散射因子方程求得多次散射因子，实现了卷云激光雷达比的准确求解。使用Mie散射激光雷达真实回波信号进行了验证。结果表明，该改进方法具有较高的精度，更具应用价值。