中高层大气(20～120km)包括平流层、中间层和低热层，是一个复杂且重要的区域。风场和温度是研究中高层大气动力学及空间天气学重要的观测数据。激光雷达可以对大气温度、密度和风速进行连续观测，时常被用于中高层大气重力波观测研究中。平流层至中间层的大气由于缺乏示踪物，传统气球等观测设备也难以到达，一直以来都是大气观测研究的难点之一。迄今为止，也只有中国科学技术大学的车载多普勒激光雷达及ALAMOR观测站的RMR等少数激光雷达系统能够实现该区域的风速和温度的连续观测。中国科学技术大学最新研制了一套瑞利测风激光雷达系统可以实现平流层至部分中间层的大气温度和水平风速观测。根据激光雷达系统仿真结果，确定系统各部件的性能参数，并一一测试其性能。为了解决测风激光雷达系统中的多普勒频率漂移问题，对多普勒频率校准这一关键技术进行研究;最后基于该瑞利激光雷达长期测数据开展平流层和中间层的惯性重力波提取方法和长期观测重力波统计分析，分析了平流层至中间层大气区域的重力波分布特点并结合当地气候和地理条件予以解释，具体分为以下几个部分:
　　首先，研究瑞利测风激光雷达系统的测量原理和风速反演方法。根据项目测量指标要求完成系统性能仿真设计，确定激光雷达系统各主要器件的性能指标，并对搭建完成的系统各部件进行性能测试;
　　然后，通过对激光器频率和光学接收机透过率曲线的连续监测，发现激光雷达系统中多普勒频率飘移问题主要是由发射激光频率抖动和鉴频器装置的透过率变化造成的。通过激光频率锁定、响应函数标定和多普勒频率校准三项关键技术的研究，消除了激光器频率抖动和鉴频器透过率变化带来的风速误差，解决多普勒频率漂移问题。观测实验表明，在典型连续观测时间内（8小时），20km高度处大气水平风速的标准差小于10m/s，风速变化趋势与探空气球观测结果吻合。
　　最后，通过分析本文研制的瑞利测风测温激光雷达在中国新疆地区的风速和温度观测数据，对平流层至中间层的风场和温度场扰动进行分析。采用去除背景风场，滤除杂波，重力波模型参数拟合及相位关系矢端曲线分析等方法，计算准单色惯性重力波的波长，垂直和水平传播方向和周期等参数。对本文研制的瑞利激光雷达系统在中国新疆地区共计224个小时的观测数据进行处理，共计提取到重力波事件384/波/次。对所有重力波事件的频率、波长及传播方向等信息分进行统计分析，结合观测地的地理条件及气候条件，分别对该重力波主导传播方向，优势波长等特性形成的原因作出解释。