激光雷达是一种主动式遥感探测工具,在大气物理参数、环境探测等领域有广泛的应用。工作时,通过探测其所发射的窄脉冲激光与大气分子、气溶胶粒子相互作用的后向散射信号,来获得被探测区域的大气温湿度、消光系数等参量。激光雷达探测系统中,回波信号的光电探测、数据采集及处理是重要环节,其性能直接影响到激光雷达系统的探测性能。本论文针对激光雷达回波光信号具有动态范围大,远场信号异常微弱、背景噪声大的特点,开展回波信号光电探测、数据采集及数据处理的相关研究,主要开展的工作如下:针对激光雷达回波信号探测中两种常见的光电转换器件——光电倍增管(PMT)和雪崩二极管(APD),设计了相应的光电转换电路及调理电路:根据电流输出特性,选择高精度的I/V转换芯片,并利用Pspice对电路参数进行了优化,实现了激光雷达回波信号的精细探测;依据可重构思想,设计了PMT和APD的高增益控制电源,为了满足现场调试和远端控制的需求,提供了手动、自动两种控制模式。以便携式、多通道数字示波器Picoscope 4824作为数据采集设备,采用基于可视化虚拟仪器平台LabVIEW,设计了激光雷达多通道数据采集系统,可实现多个通道,最高20MHz的数据采集及存储管理。为了消除激光雷达回波信号中太阳背景光、探测系统噪声对激光雷达探测的不利影响,对信号的滤波算法进行了研究。选用小波阈值去噪方法对信号进行处理,采用sym7小波函数作为小波基,对信号进行5层小波分解,利用软阈值函数对米散射激光雷达回波信号进行了滤波处理;信噪比分析表明该算法具有较为显著的去噪效果。分析了 Collis斜率法、Klett及Fernald三种反演方法的原理及特性,根据实际需求,选择Klett法进行反演处理,设计了 LabVIEW反演程序,并将其集成到数据处理系统之中。本文所开展的激光雷达回波信号探测及数据处理技术研究,可实现激光雷达回波信号的探测,并集成数据采集、存储管理及初步的滤波反演功能,具有便携、可重构及适应性强的特性,可广泛的应用于激光雷达探测领域。