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由于在连续探测、测量精度、时空分辨率等方面的巨大优势,激光雷达已成为大气遥感探测领域研究的热点。在激光雷达大气遥感的实际探测中出现的回波信号动态范围大、信噪比低等限制了激光雷达系统探测距离和信号质量的问题。本文对激光雷达双通道数据拼接技术和基于光子计数探测数据的降噪反演进行了探索和研究,提高了激光雷达的探测距离和信号质量。由于激光雷达发射激光与大气作用后的回波信号与距离的平方呈反比,回波信号中低空边界层的信号非常强,而更高层的对流层、平流层由于探测距离增加信号将逐渐减弱以致无法探测,激光雷达双通道数据拼接技术可以有效解决前述问题。本文提出了一种基于快速非支配排序算法(NSGA-Ⅱ)和邻域粗糙集理论(NRS)的激光雷达双通道数据拼接算法。该算法设计了对拟合区域进行评价的3个函数,并通过NRS训练样本得到权重系数,再利用NSGA-Ⅱ进行全局随机搜索后线性加权选择出最优拟合区域。该技术能够改善探测器探测距离与动态范围有限的问题,并实现对自适应数据拼接,获得了稳定良好的大动态范围的拼接信号。由于大气回波信号较为微弱,而阳光背景噪声、激光雷达系统散射和电路噪声会进一步污染原始信号,如何抑制背景噪声提高信号信噪比,对于1064nm的高光谱分辨率激光雷达尤为显得需要。本文对降噪反演技术进行了研究,利用全变分惩罚似然概率估计算法实现了对基于光子计数探测数据的降噪反演。该算法利用光子计数数据里的噪声良好符合泊松分布的特点,采用最大似然概率的思想达到信号还原。并且该算法加入全变分惩罚机制防止异常解对算法的破坏,使用迭代与训练选择最优惩罚权重的方法获得最终降噪信号。最后,对上述两种方案进行了实验验证。对双通道数据拼接算法进行了单廓线实验,对实验参数优化选择以及过程进行了介绍,并对单廓线拼接进行了稳定性测试,实验结果表明拼接效果良好,并且重复实验的误差小于0.04%。在全天性的数据拼接实验中,和已有算法进行了对比,拼接结果在三个评价函数表现更加稳定良好。进行了降噪实验,分别利用脉冲累积平均、移动平均、小波分析、Savitzky-Golay滤波以及经验模式分解处理了激光雷达原始信号,并与全变分惩罚似然概率估计算法进行了比较。实验表明,本算法去噪效果良好并防止了信号的过度平滑。