激光雷达主要工作在户外甚至是战场环境,既要面对复杂的天气情况和障碍物的干扰,又要应对复杂工作环境的突发变化。尤其在激光雷达散射截面的测量中,探测目标对激光信号的后向散射回波信号本身就相当微弱,且要受到接收系统自身的系统噪声以及激光在大气中传输产生的杂散光等背景噪声的影响,回波信号极其难以探测甚至可能出现被噪声淹没的情况。激光在大气中传输,产生的大气后向散射光是可以预见的能直接影响激光雷达探测性能的主要噪声之一。通过研究激光的大气后向散射问题可以探索消除大气后向散射影响的新方法,从而降低总体噪声,改善信噪比,提高激光雷达散射截面测量的可行性和准确性。这对促进激光雷达散射截面测量中微弱信号探测技术的完善和提高有较为重要的意义。基于激光雷达散射截面的基本理论和测量的基本过程,本文从大气介质的空间组成出发,分析了激光在大气中传输时产生大气后向散射的原因,给出了激光大气后向散射的定义,并对大气后向散射对激光雷达散射截面测量过程中的影响做了详尽的分析和讨论。进而,建立了激光大气后向散射理论模型,并对该模型进行了计算和分析,给出了不同的距离范围内产生的大气后向散射相对总大气后向散射所占的比重,为消除大气后向散射的研究提供了理论指导和数据支撑。然后,提出了基于空间滤波的消除大气后向散射影响的新方案,并应用新实验方案在雾霾天气和晴朗天气两种天气条件下进行了模拟实验,对实验结果进行了分析讨论。最后,将理论模型和实验方案进行了对比分析结果显示,能够进入探测系统的大气后向散射主要集中在一定的距离范围内。将二者相结合,对一个实际测量的外场实验进行了工程应用的分析发现,可以通过调节发射和接收系统的距离间隔来控制绝大部分的大气后向散射进入探测系统,而剩余的仍然能产生影响的大气后向散射完全可以用本文提出的空间滤波的方法进行控制。本文的研究思路是先根据大气后向散射理论建立理论模型,再对外场实验数据进行分析来完善和优化理论模型,并提出了基于空间滤波的消除大气后向散射的实验方法,实现了对大气后向散射影响的消除,大大提高激光雷达散射截面测量的可行性和准确性。然而,在本文的研究中仍然存在着理论模型建立背景与工程实际有差异的不足,在接下来的工作中仍需要继续在尊重工程实际的前提下深入完善理论模型,改进和提高实验分析办法,做好对工程实际更细致的应用指导。另外实验的天气条件与理论天气条件的差异带来的误差需要做进一步的研究,以求进一步缩小理论和实测的误差。