大气温度是气象及环境领域的重要参数之一,与人类的生产生活息息相关。转动拉曼激光雷达能消除底层气溶胶的影响,且分光系统结构相对简单,是目前探测大气温度廓线的重要仪器之一。传统的转动拉曼相对测温技术需借助其它并行探测设备进行标定,其探测精度依赖于反演的误差及标定参数的误差,不能作为独立仪器进行大气温度廓线探测。论文首先以FP1、闪耀光栅和干涉滤光片等作为核心分光器件,设计了一套可协同工作的转动拉曼激光雷达系统,使其脱离需要并行设备标定的限制,分别利用Stokes分支和Anti-Stokes分支转动拉曼光谱绝对和相对探测大气温度廓线,并优化f闪耀光栅入射角和滤光片中心波长等光谱分光系统的参数。其次,利用蒙特卡洛统计仿真模型,研究了绝对测温的两种温度反演算法,通过分析得出多谱优化匹配法(MOMM)比光谱包络带宽法(SEBM)的温度反演精度更高:以模拟仿真数据和18组实测转动拉曼实验数据为对象,通过分析得出标定函数CF9比CF1在相对探测温度反演过程中的温度反演精度更高。再次,要实现协同探测,需要对两种测温模式数据之间的标定技术进行研究。利用大气温度模型,仿真分析了绝对测温的探测性能,结果表明,在累积9分钟信号时,统计温度误差小于2 K的绝对探测距离为3km。最后,利用500 组仿真的绝对温度廓线分别对相对测温拉曼信号比值进行标定,比较分析了标定点的等权重法和反误差加权法下的标定效果,其标定及格率(ECPR)分别为58.2%和61.6%,选择标定点反误差加权的标定技术,可得到5 km的相对温度廓线,基于两种温度廓线的3 km以下的重叠区,采用误差权重法进行廓线融合,平均统计误差由大于0.5 K降至0.42K。仿真分析结果表明,设计的转动拉曼激光街达系统可实现绝对和相对的协同探测,可实现统计误差小于2K的独立探测5 km大气温度廓线,为转动拉曼激光雷达探测大气温度廓线提供了技术支撑。