本文针对基于CCD(Charge-coupled Device,电荷耦合器件)的全天候侧向散射激光雷达系统(全天候Clidar系统)测量大气PM2.5浓度机制作出了以下研究:(1)阐述了气溶胶的研究背景、光学法测量技术的特点及原理,并且研究了白天环境下运用激光雷达技术进行气溶胶测量的国内外研究进展。(2)介绍了激光雷达气溶胶测量技术的全天候应用,并对全天候Clidar系统的高斯光束特性及其与颗粒物作用的Mie散射理论进行研究。(3)通过设置不同浓度等级和CCD高、低增益作为实验参量,对四种不同的实验模式进行横向对比,基于此分析了高、低浓度下不同反演模型对PM2.5浓度测量的平均误差、标准误差和综合偏差率。实验结果证明,实际浓度低于30μg/m3时的回波信号测量应该使用S(0)反演模型,S(20)、S(40)、S(60)、S(80)的测量结果准确度依次递减,说明在低浓度等级下,CCD采集到的回波信号图中的干扰信息较少,随着反演模型i的增大,反而丢失了大量的气溶胶有效信息;实际浓度大于30μg/m3的回波信号测量应该使用S(20)反演模型。同时,不论高低浓度对应的反演模型,高增益的测量精度均高于低增益。(4)搭建了基于Clidar的全天候PM2.5浓度测量装置,以波长为532 nm的激光器作为光源,CCD为接收器。为避免测量装置内外气溶胶状态不一致,装置侧面为电动开关的百叶窗装置,仅在CCD采集回波信号的短暂瞬间(小于1s)闭合。无百叶窗装置测量PM2.5浓度时受背景光影响,一般只能在夜晚场景测量,实验中背景光主要集中在灰度值0～20范围内。全天候侧向散射Clidar装置屏蔽背景光的效果显著,各种条件下其测量结果的综合偏差率、相关系数和拟合度均优于无百叶窗装置。全天候装置的最佳测量模型为SA(0),即在没有背景光影响的条件下,模型灰度值越小越能获得更多有用侧向散射信号,测量精度更高。真正实现了可同时应用于白天和夜间的气溶胶测量装置。(5)对全天候Clidar装置的数据采集和处理单元进行优化,开发了自动采集图像、获取灰度信息、反演PM2.5浓度并实时显示等功能。另外,还对比了相同PM2.5浓度情况下,两种湿度对采集到的回波信号图像的影响,研究表明空气相对湿度的变化会使反演结果产生较大偏差。在全天候测量过程中,空气湿度的变化不可避免,所以提出一种带有除湿装置的Clidar全天候测量系统。(6)本章总结了前五章的主要研究内容,阐述了PM2.5全天候测量技术中的改进和成果,并对本课题领域内的下一步研究方向进行展望。