散射差分吸收激光雷达利用激光与大气各成分的相互作用产生散射回波,对回波信号进行采集处理,获得大气能见度、气溶胶消光系数以及某些气体浓度分布等相关信息。差分探测技术利用气体分子对激光的吸收特性,通过发射两束波长相近但气体吸收截面不同的激光束,差分测量其后向散射信号强度,对气体浓度检测具有极高的灵敏度和抗干扰能力,在空气质量检测、管道泄漏监测、生化试剂探测、车辆及航空设备尾气跟踪探测等民用和国防领域具有重要的应用价值。激光雷达光源、散射信号探测及处理、差分吸收数据处理及误差控制等关键技术的研究对于散射差分吸收激光雷达系统的研制具有重要的意义。本论文系统分析了散射差分吸收激光雷达的工作原理,对散射差分吸收激光雷达光源、散射信号探测及处理、差分吸收数据处理及误差控制等关键技术开展了理论分析、数据模拟以及实验研究,为散射差分吸收雷达系统的研制打下基础。论文分析了散射差分吸收激光雷达对光源系统的参数要求,结合已有的实验条件,采用倍频调Q Nd:YAG激光器泵浦可调谐钛宝石激光器的技术路线获得差分吸收测量激光束,对激光雷达光源激光器相关技术进行了研究。设计了调Q Nd:YAG激光器的虚共焦高斯型变反射率非稳腔,实现了高脉冲能量高光束质量脉宽70ns的1064nm激光输出；针对长脉宽调Q Nd:YAG激光器中出现自锁模导致钛宝石晶体损伤的问题,提出并实现了采用单个膜层反射率不太高的F-P标准具抑制自锁模的技术方案,获得了激光器脉冲能量的稳定输出,相较于已有的抑制自锁模措施(双标准具或标准具与其他技术相结合),具有插入损耗小、耐强光能力好以及输出能量高等优点；设计了可调谐钛宝石激光器700nm～950nm波段内倍频以及三倍频的技术方案,采用BBO晶体安装在电动转台上,通过角度旋转实现宽波段范围内相位匹配。开展了散射法探测大气能见度及气溶胶消光系数的理论和实验研究。结合实验测量的雷达回波信号,对常用于散射雷达方程求解的Collis斜率法、Klett法和Fernald法等三种方法进行了对比分析；提出了一种将Collis斜率法和Klett后向法相结合的稳定的能见度反演迭代算法,适用于不同天气条件下不同倾角路径平均能见度的估算；采用Fernald后向法对气溶胶消光系数进行反演,编写了批量数据处理和绘制气溶胶消光特性二维分布图的软件,可直观地反映出空间某一纵向剖面的气溶胶消光系数分布情况。研究了差分吸收法探测污染气体浓度分布的数据处理算法,分析了影响测量灵敏度及测量精度的因素并提出了解决措施,重点研究了其他气体吸收干扰给目标气体探测带来的误差,并提出了避免干扰的方案。在综合考虑测量灵敏度、测量精度以及误差来源等多种因素的情况下,提出了SO2、03以及NO2等气体浓度的测量方案,并通过模拟计算对方案的可行性进行了验证,为进一步开展实验研究奠定了基础。最后,对研究工作进行了总结,对下一步的研究工作进行了思考与展望。