瑞利布里渊散射是气体分子的速度分布函数,描述了气体中的温度和压强波动,包含有关气体温度、压强和声速等多种气体参数。基于瑞利布里渊散射的完整光谱检测激光雷达能够利用光谱特征与大气物理参数之间的联系,来实现大气多参数反演。光谱检测激光雷达系统存在着具有整体光谱分辨能力,可检测多种光谱特征实现多参数同步测量的优点。同时其对光谱处理端及光谱检测端都提出了更高的要求。在光谱处理方面,需要从散射谱中精确提取光谱特征参量,用于大气参数的反演。由于大气中的瑞利布里渊散射光谱混叠的影响,从外部表现来看,整体线宽是唯一可直接获取的光谱特征参量,而从内部构成来看,散射谱线中包含有多个光谱特征。采用解析模型可以精确获取整体线宽,但是在求解内部特征时,由于缺乏约束,存在多值问题,无法实现对于内部特征的精确提取。而在光谱检测端,受限于现有的光谱检测方式存在扫描耗时长,积分时间长,光谱分辨率低等问题,无法连续获取高密度的大气温度垂直剖面,急需提出一种新的实时精确的光谱检测系统。大气瑞利布里渊散射光谱特征与环境要素的耦合关系是完整光谱检测激光雷达研究基础。本文通过改进整体线宽同温度的近似关系,提出了整体线宽与温度、压强之间的精确依赖关系。在实验室环境下,利用该模型进行温度反演,结果表明,反演温度与参考温度吻合较好,反演误差小于3K。精确提取光谱特征是完整光谱检测激光雷达研究重点。本文通过引入格林艾森（Grüneisen）参数来表征布里渊频移同气体参数之间的联系,构建了非谐效应下的布里渊频移理论。结果显示该理论值与实验值相比,误差在2%以内。同时采用该方法结合整体线宽模型,能够构建出一套温度压强同步获取的双参数反演模型,根据实验条件下结果显示,该模型获取的温度误差小于2.42K,压强误差小于0.0149bar。面向实际大气激光遥感的应用需求,本文提出了一种基于Fizeau干涉仪和光电倍增管阵列的实时精确的完整光谱检测激光雷达系统。利用该系统进行大气散射光谱测量,所需测量时间为1分钟,垂直空间分辨率为0.3km。并且针对前文提到的多种反演方法,利用该激光雷达系统地面实验数据,分别分析了4.0km～9.2km的大气温度廓线结果。其中,采用整体线宽模型温度误差最小,低于2.3K,而采用双参数模型,则能够同步获取温度及压强信息。上述模型数据处理耗时均短于探测时间,能够在线实时获取温度信息。这种新型的激光雷达系统具有测量时间短和系统稳定性高的优点,能够满足激光雷达应用需求。