中高层大气(20-100km)是近些年倍受空间科学研究和近地空间飞行的关注的空域,研究和了解这个区域的大气环境非常重要。大气风场的时空分布是了解该区域大气变化规律和研究大气动力学规律的最重要参数之一。本研究的目的主要包括为更好地了解低平流层(5-35km)大气变化规律、认识空间环境的区域变化特性；突破激光雷达系统集成和频率检测的关键技术,为Doppler激光雷达的工程化奠定基础。论文的主体内容包括四个部分,前两章主要介绍了大气风场探测的意义、手段以及测风激光雷达的研究进展、基本原理。第三章介绍了低平流层测风激光雷达的系统组成,论述了相比于上一代激光雷达系统的改进：通过增大接收望远镜口径,提高了系统的接收效率；改进信号探测与采集系统,增大信号探测动态范围1～2个数量级：全光纤结构的光学接收机,增加了系统的稳定性并降低了光路调整的难度；对鉴频器件和激光器的环境温度实施恒定,消除或减弱由于环境温度变化引起的频率漂移：改进了径向风速的反演算法,提高了速度灵敏度,降低了风速误差。另外,分析了激光频率锁定的误差,分析结果表明锁定误差与锁定通道的校准常数的相对变化以及锁定通道的分辨率有关。在应用积分球对校准常数实现高精度测量的前提下,对F-P干涉仪的锁定通道进行优化设计,计算该设计下的激光频率锁定引起的误差为0.53m/s。第四章主要介绍了低平流层风场探测的结果,其中包含了30天的连续风场观测数据,其中,与无线电探空仪的对比结果表明,风速的平均误差为1.5m/s,标准偏差为3.9m/s,风向的平均误差为-0.9。,标准差为4.9。；与中高层风场探测激光雷达在重叠区域的对比结果表明,两台激光雷达测量的风廓线的变化趋势符合的较好。对比结果表明,低平流层车载测风激光雷达能够达到探测指标,实现对5-35km大气风场的探测。最后一章分析了大气风场观测期间的存在的径向风速偏差,分析结果表明,产生偏差的主要因素是种子激光器的频率和F-P干涉仪的透过率。F-P干涉仪周围环境温度每变化1K引起的激光相对频率的漂移量约为799MHz：种子激光器周围环境温度每变化1K引起的激光相对频率的漂移量约为1650MHz。风场观测期间,由于外界环境温度变化较为剧烈,恒温箱内的温度出现相对较大变化,导致激光频率锁定始终跟不上温度引起的漂移,径向风速漂移的趋势和F-P干涉仪锁定激光频率位置的变化趋势一致。针对温度漂移的现象,提出了解决方案：通过在测量过程中未接收到大气回波信号之前,引入零Doppler的Rayleigh信号进入信号通道,对每一发脉冲的0风速校正,实现无偏差的径向风速探测。