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随着激光技术的发展，激光雷达以其高时空分辨率和相对简单的结构，逐渐成为水汽混合比探测的主要手段。水汽拉曼雷达的研究兴起于上世纪60年代，国内外许多研究所开始关注和进行这方面的研究。 本论文工作致力于研究大气边界层内水汽的探测，提出并设计了高能水汽Raman激光雷达系统，采用高光谱分辨率光栅光谱仪实现拉曼光谱的高效率分光，可对拉曼激光雷达大气回波信号中的米-瑞利散射信号、水汽拉曼散射回波信号和氮气拉曼散射回波信号进行高效分离和提取。通过对高能水汽Raman散射激光雷达探测能力的仿真模拟，确定并优化了系统的关键参数，并引入奇异值分解滤波算法滤除原始回波信号中的高频噪声。同时研究了水汽混合比的反演算法，利用米-瑞利散射信号和氮气拉曼信号对水汽混合比进行大气透过率修正，提高了水汽混合比的反演精度。 完成激光雷达系统的搭建和装调后，在合肥市进行了测试实验，并在安庆国家基本气象观测站与探空数据进行为期一周的对比观测实验，同时与我国风云三号卫星上的中分辨率光谱成像仪(FY3A/MERIS)数据进行对比，实验结果证明，该系统实现对了对大气边界层内水汽混合比的昼夜连续监测，当信噪比取10时，夜间的探测高度为3km，白天的探测高度为1.5km。