在大气环境监测领域,激光雷达探测技术是测量大气气溶胶粒谱分布、时空分辨率的重要手段之一。但是受限于激光器输出波长数量有限,粒谱的精细探测存在局限性。由于LED具备宽光谱、体积小的特点,将LED光源作为雷达主动探测光源,不仅可弥补激光在精细探测的缺陷,而且有助于实现雷达的小型化。为解决LED雷达探测距离较短的问题,本文对所设计的发射模块分别采用单颗LED和多颗LED的光学方案进行研究。首先,针对单颗LED光源提出采用TIR透镜作为一级,开普勒结构为二级的光束整形的光学整形方案,并对上述方案进行光学仿真。然后,利用光学扩展量分析出该方案的损耗来源,重新设计出一种高传输效率的透镜组代替TIR透镜,并对透镜组方案设计进行误差分析和机械结构的设计。接着,针对多颗LED光源提出采用R、G、B三通道结构,和设计一种而向白光LED阵列的微透镜阵列形式的光学整形结构,并进行光学仿真。仿真结果表明:采用三通道形式的多光源结构,可获得最大的输出光功率为49.9mW,相较于单光源的TIR方案增大2.8mW。最后,根据TIR透镜方案,设计纳秒级的驱动电路,并搭建实验光路验证。搭述的TIR透镜实验结果表明:光束半发散如为13mrad,出射光功率为40mW,而仿真参数为光束半发散角为13mrad,出射光束能量为43.8mW。实验结果与仿真结果有较好的一致性,对LED雷达小型化设计而言具有一定的参考价值。