风场是十分重要的大气参数。在激光大气传输、大气环境监测、航空航天安全、风力发电评估等领域扮演着重要角色。长期以来,由于缺乏特定的大气风场遥感设备,造成边界层至平流层底部(约2km～1 5km)大气风场数据匮乏,因此限制了大气风场相关领域的研究。多普勒测风激光雷达是一种利用激光对大气风场进行探测的手段,具有空间分辨率高、具备连续测量、机动性好等方面的特点,成为近年来大气探测领域的研究热点,应用前景十分广阔。本文重点研究了探测对流层大气风场瑞利-米散射多普勒激光雷达系统的设计与研制,包括系统参数优化及硬件设计、稳频和锁频关键技术研究、风场反演方法研究、及外场对比实验与误差分析。论文首先介绍了探测对流层大气风场瑞利-米散射多普勒激光雷达设计与研制方案。第一步对测风激光雷达核心鉴频器件FP标准具进行优化设计,优化后的设计参数为:FSR=8GHz,FWHM=1GHz,两个边缘通道峰值间距为3.48GHz。其次根据设计指标对系统进行模拟仿真,仿真结果表明:在探测对流层大气风场中,波长532nm最具有优势,并且选取800mm 口径望远镜与单脉冲能量800mJ的Nd:YAG激光器。最终对整个系统进行单元设计,包括发射子系统、稳频子系统、收发光学子系统、接收子系统、旋转子系统以及整个系统的方舱布局。论文重点针对发射激光频率漂移和FP频谱漂移的问题,提出了采用绝对稳频技术与相对锁频技术相结合的解决方法。首先,为了消除激光频率的长期漂移,设计并研制了种子激光器温控箱,对发射激光频率进行初步稳频,将激光频率稳定在±20MHz以内。为进一步减小短期抖动,设计了以碘分子吸收池为核心器件的稳频系统对发射激光进行稳频,最终将频率稳定在±8MHz以内;其次,介绍了在激光频率稳定基础上对透过率曲线进行扫描校准,再将扫描出的透过率曲线进行多种拟合比较;最后在相对锁频技术中,改进了发射激光频率与FP标准具频谱相对锁定方案,通过高速采集卡直接采集脉冲信号形式,并采用对脉冲信号积分方式代替取脉冲峰值,更加准确的得到脉冲信号强度,提高了锁频精度,使发射激光频率始终保持在FP标准具频谱的交叉点位置附近,锁频精度达到3.7MHz。论文最后给出大气风场测量比对实验和误差分析。在风场反演方法中,通过三个步骤反演水平风场,包括FP标准具透过率曲线校准、径向风速反演与水平风场合成,并介绍了在低层大气中将气溶胶散射信号与分子散射信号分开进行反演的方法。在对风场测量以及对比过程中,在单次径向风速测量时空分辨率取2min和75m的情况下,系统白天和晚间分别具备12km和17km左右高度范围的风场探测能力。在白天2.7km～10km、晚间1.5km～10km高度范围,系统与探空气球对比实验的水平风速大小和方向数据吻合得都比较好。晚间70.8%的水平风速和风向数据偏差小于2m/s和10°,95%的水平风速和风向数据偏差小于5m/s和15°,充分验证了系统风速测量结果的准确性。