大气层与人类的生存环境息息相关,风速和温度作为大气的基本参数,起着极其重要的作用。高光谱分辨率激光雷达（HSRL）是一种主动式的遥感探测手段,由于其具有高时间和空间分辨率等优点,已经成为一种对大气参数进行高精度测量的有效手段,在大气温度、风速和气溶胶等探测领域都具有很好的应用。本文主要围绕HSRL实现大气温度和风速同时测量的方法与系统优化展开。基于HSRL非相干风场探测和大气温度探测原理,提出了四种不同的温风同测激光雷达系统方案,采用三个法布里-珀罗标准具（FPE）作为鉴频器,通过探测透过鉴频器的信号强度变化量来反演大气温度和风速。利用瑞利散射或米散射的单双边缘风场探测技术分别结合瑞利散射双通道温度探测,实现温度和风速的同时探测。在分析四种探测方法原理的基础上,仿真不同因素对系统信噪比、探测灵敏度和误差的影响,优化了系统参数,研究了温度和风速的相互影响及校正方法,实现大气温度和风速的精确测量。首先分析了不同的FPE参数对温度和风速探测灵敏度和信噪比的影响,结合实验室条件,确定实验所用的三个鉴频器FPE的参数。其次通过信噪比对激光雷达不同温风同测方法的探测性能评估。在相同的系统及FPE参数的条件下,结合双瑞利通道探测温度和瑞利散射信号的双边缘测风的方法是四种方案效果最优的一种。最后进一步研究了温度和风速之间的相互影响,由于风速对探测温度影响较小,与实际温度基本一致,具有较高的探测精度,故在实际探测中,可以将探测温度作为标准温度对风速校正,优化探测结果。搭建了 HSRL系统,采用激光发射波长为355 nm的激光器、口径为250 mm的望远镜、三个自由光谱区为10 GHz,半高全宽为380 MHz的FPE进行了基于瑞利散射信号的双边缘测风技术和双FPE通道测温技术的温风同测实验,并与探空气球数据等资料进行比较,验证了该系统具有较高的测量精度,实现了 2 km以下大气温度和风速的同时探测。同时利用实测温度对风速进行校正,实现了HSRL系统大气温度和风速同时高精度探测。