非相干测风激光雷达是目前唯一可探测晴空风场精细结构的遥感手段,对于数值天气预报,大气动力学研究、航空安全预警和国防应用都有重要的意义和显著的应用前景。面向气象应用要求的激光雷达回波信号处理的研究,也将为我国星载激光雷达的发展奠定一定的基础。本论文针对大气探测激光雷达的数字信号处理,进行了研究。通过分析大气探测激光雷达回波信号,回波信号中的噪声主要包括背景噪声、电噪声以及大气扰动噪声等,并对部分噪声的抑制提出了降噪方案。通过距离校正,得到探测距离。使用MTI法去除物理杂波噪声。设计滤波器,选取合适的截止频率,消除由接收系统各环节电子器件引起的高频电噪声。针对风速测量对观测时间的需求,论文利用经验模式分解EMD算法在频率分解上的优势,对激光雷达回波信号进行处理,我们可以看到使用EMD方法能够很好的提高激光雷达回波信号的信噪比。同时,我们对回波信号进行镜像闭合延拓,然后分解,从而解决了EMD方法的端点问题。为了提高径向风速的反演精度,论文采用小波分析的方法。通过分析,选取双正交小波进行分析,由激光雷达回波信号来确定阈值,对回波信号以及风速数据进行降噪处理,得到了很好的效果。综合运用论文中介绍的信号处理方法,对激光雷达回波信号进行风场反演,反演结果证明,信号处理方法很好的提高风速反演精度,并且能够保留信号中的细微变化。