针对大气激光雷达探测信号容易受到背景光的干扰，远端探测信号信噪比下降剧烈的问题，根据激光雷达回波信号具有长序列的特点，提出了激光雷达探测信号的改进可变加权卡尔曼滤波算法。该算法在可变加权系数中增加一个常数项， 使得改进后的算法可在不同时刻，对长时间序列的激光雷达探测信号提供可变的加权系数。该算法克服了传统卡尔曼算法中滤波增益恒定的问题，增强了新探测信号在最优估计的修正作用，对于长、短时间序列信号均具有很好的滤波效果。本算法经大气激光雷达在不同天气实测信号的验证，与其他三种卡尔曼滤波算法相比，在无云天大气气溶胶消光系数的反演误差，分别降低了53%、25%和3%，回波信号信噪比分别提高了5.5dB、4.4dB和3.4dB。在有云天大气气溶胶消光系数的反演误差，分别降低了57%、26%和4%，回波信号的信噪比分别提高了4.9dB、3.7dB和2.5dB。该算法不但提高了大气气溶胶光学特性的反演精度，而且为气溶胶微物理参数精细探测和激光雷达在气象领域的应用提供了一种有效手段。