气溶胶和云是影响大气辐射和气候变化的重要因素,还会在一定程度上影响通讯和遥感的质量。气溶胶和云的类型与它们的形状、大小、后向散射系数等物理与光学特性有关,退偏比作为判断云和气溶胶物理特性的重要参数,可用来初步区分气溶胶和云的类型。目前,云和气溶胶退偏比的测量一般采用的是偏振-米激光雷达,但是,由于偏振-米激光雷达忽略了大气分子信号的影响,导致其测量值为包括大气分子退偏效应在内的体退偏比,与真实的云和气溶胶的粒子退偏比有一定差别。本文提出一种利用大气分子的转动拉曼信号校正米偏振信号从而获得粒子退偏比的算法,从大气散射理论、光的偏振理论和激光雷达方程出发,给出了严密的推导过程。根据该算法设计了一套用于粒子退偏比测量的纯转动拉曼-米偏振激光雷达系统,给出了系统的整体结构和仪器参数,提出了窄带滤光片加光栅单色仪的分光系统结构,通过对光栅单色仪分光原理的深入研究,选取了适当的参数使光栅单色仪的分辨率达到0.2nm,并通过两级抑制,使拉曼通道对弹性散射光的抑制比达到了10~6以上。仿真了系统的回波信号和信噪比,干净无云的天气状况下系统的探测距离可以达到14km左右,有云或雾霾时探测距离虽有所下降,但也都符合使用要求。为了方便信号处理,简化反演过程,更直观的看到反演结果,编写了基于Matlab平台的粒子退偏比反演软件,并复现了反演过程,详细介绍了系统增益常数比的测量方法、信号的平滑处理方法和校正算法的使用。变换不同的云层(气溶胶层)参数,研究校正前后退偏比之间的误差,看到校正算法对消光小、退偏比大的高空云层(气溶胶层)的退偏比测量精度有高达35%的提高。最后仿真分析了算法中的三个系统增益常数比测量值的不准确性对粒子退偏比校正值带来的误差。