能见度反映大气的光学状态并预示天气变化,它不仅是气象观测的重要项目,在海陆空交通和军事领域也都起重要作用。激光雷达因其波长短、高时空分辨率和高探测灵敏度等优势,成为探测大气能见度的新型工具。本文旨在利用自行研制的小型激光雷达实现能见度的准确探测。首先基于米散射原理对该系统基本结构进行设计。详细讨论了重要器件的选择和参数设定、系统装校和接收信号的校准过程,重点反演了本系统的重叠因子。然后详细分析了激光束发散角和滤光片效率等关键参数,及系统内外部噪声对回波信号的影响。由于激光雷达测量能见度的关键是消光系数的准确求解,所以本文主要对大气消光系数的反演算法和精度的提高做了详细的研究。为了实现本系统的实时准确探测,基于Klett算法通过分析回波信号差分特征并结合信噪比,提出一种新的消光系数边界值σ( rm)和全程水平消光系数的自动求解算法,与传统算法和迭代扩展自动算法的仿真结果比较中说明此改进算法具有较好的反演结果。对远场区域反演误差较大的情况,通过对远场回波信号进行最小二乘拟合再反演的改进方法实现了对噪声的有效抑制。针对大气多次散射导致消光系数难以测准的问题,通过大气建模,确定状态向量、量测向量和相应噪声阵,将扩展卡尔曼滤波应用于消光系数反演中。通过与Klett算法的仿真结果对比,证明该方法能有效提高探测精度。对于斜程能见度的探测,采用Fernald方法进行相应的数据处理。最后,实现了部分改进算法的软件设计,并给出了本系统的水平和斜程能见度探测结果以及相应的外场实验结果,验证了本小型激光雷达系统设计的合理性以及反演方法的仿真结论。