大气气溶胶对人类健康、能见度、环境以及气候变化等方面均具有重要影响，尤其是近地面层气溶胶对人类危害最大。半导体激光雷达是监测近地面层气溶胶垂直分布的有力工具。然而由于半导体激光雷达发射功率低、信噪比较差，给气溶胶参数的准确反演带来很大困难。因此，论文研究了气溶胶垂直分布的半导体激光雷达反演算法及相应的软件设计。　　 研究了半导体激光雷达回波信号特征，采用FastICA算法对回波信号进行降噪处理，提高了后向散射回波信号的信噪比；分析了现有云底高度反演算法的局限性，给出了一种基于峰值面积积分的云底高度反演算法，并提出了基于D-S证据理论的微分法、滑动窗口积分法、峰值面积积分法云层综合识别融合算法，提高了云层反演结果的准确性；在此基础上，研究了基于单点测量数据的云量反演算法；推导出了一种反演大气垂直方向上消光系数的稳定迭代算法，研究了垂直能见度的反演算法，并分析了垂直能见度测量的不确定度；研究了一种改进的梯度算法反演边界层高度；最后在分析气溶胶消光系数和质量浓度之间关系的基础上，探讨了稳定条件下气溶胶质量浓度垂直分布的反演算法。　　 论文详细给出了气溶胶垂直分布自动监测系统软件的设计思路，阐述了各个模块的软件实现，提出了多种保证软件可靠性和可扩展性的方案。最后结合石家庄、合肥等观测实验，对城市近地面层气溶胶污染进行了分析研究，并通过与Vaisala激光云高仪、微脉冲激光雷达等仪器观测结果进行对比，进一步验证了文中提出的多参数反演算法的正确性和有效性，而且结果表明软件在实际应用中取得了很好效果。