根据美国标准大气模型进行了蒙特卡诺模拟,仿真研究了大气温度的不确定性对大气压力探测带来的随机误差和系统偏差,发现在氧气的A带中选择764.765 nm和765.094 nm为探测波长online,选择位于两者之间的764.948 nm为参考波长offline,是获得较小探测误差的一种方案；优化的探测波长既不在A带的吸收线上,亦不在某两吸收线之间的凹槽中间,而是位于A带吸收线p13和p14线的侧翼,这一结果对于建立积分路径差分吸收激光雷达探测地表大气压力的遥感仪器,起到参考作用.

为了实现世界气象组织对大气压力廓线和地表压力特别高的探测精度,需要消除湍流对距离分辨差分吸收激光雷达和路径积分差分吸收激光雷达的干扰。探测/参考双波束被转换成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光后被同时发射出去,经大气后的回波再被1/4波片、偏振分束片以及两个F-P标准具重新分离而被检测到。差分吸收激光雷达的除法、对数和积分运算由模拟电路进行对称的实时处理,这样有利于减小由双通道差异化带来的误差。差分吸收激光雷达的探测波束脉冲与参考波束脉冲同路径传输、同时发射、同时接收,可抵消大气随机运动等因素对系统的共模干扰。模拟研究结果表明,差分吸收激光雷达采取严格的对称性安排,是一个可提高系统探测精度的十分有益的举措。

差分吸收激光雷达是高精度测量大范围二氧化碳浓度的有效手段。研究了机载路径积分差分吸收激光雷达测量二氧化碳柱线浓度的主要误差项, 分析了这些误差项导致的二氧化碳柱线浓度反演误差。介绍了机载差分吸收激光雷达基本工作原理, 并理论分析了大气温度、压强和水汽不确定性误差, 激光频率稳定性和飞机姿态速度测量不确定性等系统误差, 以及不同地表反射率产生的随机误差。分析结果表明: 在二氧化碳浓度380 ppm(1 ppm=10-6)时, 机载激光雷达二氧化碳柱线浓度综合测量误差约为0.71 ppm, 满足1 ppm的二氧化碳柱线浓度高精度测量需求。

针对星载积分路径差分吸收(IPDA)激光雷达的应用需求，研制了一套利用空芯光子晶体光纤(HC-PCF)作为吸收池，以CO2气体1.57 μm处的吸收线作为频率参考，基于频率调制光谱稳频技术的激光稳频系统。结合其工作原理，建立仿真模型，计算了CO2气压、光谱调制频率以及调制深度对稳频误差信号的影响，给出最优化的设计参数。并且与实验测试数据进行了比对，实验数据与计算结果吻合。报道了系统的稳频效果，给出进一步提升稳频性能的方案意见。

星载积分路径差分吸收(Integrated Path Differential Absorption, IPDA)激光雷达是一种有效的高精度(1 ppm)全球CO2 柱线浓度测量手段。结合 其基本工作原理分析了CO2 柱线浓度反演技术方法，并优化了工作波段和工作波长。分析了由所选波段激光频率的稳定性、 激光带宽和激光光谱纯度等激光雷达发射源参数变化所带来的CO2 柱线浓度测量误差，并给出了经过优化的设计参数。研究了 用IPDA激光雷达实现双波长脉冲发射激光的技术方法，并给出了实验验证结果，实现了1.572 m波段单脉 冲能量大于50 mJ的激光输出。

研究了大气温度、湿度和压强的不确定性对于星载积分路径差分吸收(IPDA)激光雷达系统测量大气CO2柱线浓度精度的影响。介绍了测量大气CO2柱线浓度的基本原理和CO2吸收截面计算方法，理论分析并模拟计算了吸收峰(On-line)波段范围不同大气温度、湿度和压强的误差对于大气CO2柱线浓度反演精度的影响。对于给出的优化工作波长，在吸收峰波数为6361.2250 cm-1，吸收谷(Off-line)波数为6360.99 cm-1，温度不确定性为1 K、湿度不确定性为10%以及压强不确定性为0.001的条件下，综合导致的CO2柱线浓度测量误差为0.296×10-6，为高精度反演大气CO2柱线浓度提供了重要参考数据。