能见度,特别是斜程能见度,是大气测量中很难测准的参数之一,在航空领域中直接影响飞行器起飞降落的安全性。斜程能见度反演时需要高精度的气溶胶消光系数廓线,而激光雷达作为一种主动式遥感探测手段,其具有高时空分辨率和高探测灵敏度的优势,已成为探测气溶胶消光系数、后向散射系数和光学厚度等光学特性的重要仪器。目前激光雷达大多采用竖直模式工作,以探测大气层的光学特性廓线,如果增加二维扫描功能,则可用于探测斜程能见度。本文主要研究斜程能见度激光雷达的二维扫描机电系统,为斜程能见度探测提供高精度、高可靠的技术支持。二维扫描机构是斜程能见度激光雷达的重要部件之一,根据其主要技术指标,本文设计了一套激光雷达二维扫描机械系统。首先探讨分析了大气斜程能见度的激光雷达探测理论,基于速度为0.05°/s-6°/s和精度为0.05。的设计要求,采用了1:70减速比的蜗轮蜗杆驱动副机构,并进行了静力学分析,采用了调心滚子轴承作为回转运动副,由步进电机驱动蜗杆进行动力传递,采用增量式光电编码器作为位置及速度的测量环节,通过控制器,形成半闭环控制结构,可对位置偏差进行实时补偿,提高扫描机构的回转精度和响应速度。最后对扫描反射镜的材料和安装方式进行探讨分析,完成了斜程能见度激光雷达二维扫描机械系统的结构设计。集成控制软件是保障斜程能见度激光雷达多模块协同工作的关键,以现有二维扫描云台为模拟台,融合数据采集、扫描控制、模块协同等功能,研制了三维扫描集成控制软件。该软件包括扫描运动控制模块、激光器控制模块、光电检测模块和数据采集四个功能模块。数据采集模块配合激光器和运动扫描模式进行目标区域的大气信息采集,并将采集到的各个通道的信号经过数字化处理后储存在文件内,实现斜程能见度激光雷达系统在探测过程中的协调运作。为评估扫描性能和整体探测性能,开展了初步观测实验研究以及反演算法优化分析。对扫描机构进行单轴精度测量和单点重复性测量实验,结果表明,定位误差约为0.1°,重复精度约为0.05°,基本满足设计精度指标。利用集成的斜程能见度激光雷达开展了初步大气实验观测,获得了有效数据。基于激光雷达数据研究反演气溶胶消光系数廓线的边界值选取方法,通过信噪比确定最远有效探测距离,在其范围内确定合适的边界高度,并利用散射比迭代法、不动点迭代法两种确定边界值的算法在低探测距离时进行数据反演,反演结果和拉曼法的消光系数结果廓线进行对比,不动点迭代法的消光反演误差大约在20%,是优于散射比迭代法的。设计校核及初步实验结果表明,研制的二维扫描机电系统能够满足斜程能见度的反演要求,可为高精度反演大气斜程能见度提供有力的设备支持。