由2.4式2.5式可知，被探测对象的回波信号强度与激光雷达的仪器常数成正比，与被探测对象的后向散射微分截面成正比，与距离的平方成反比，而且同时与传输介质的消光系数有关。因此，仪器常数越大，被探测对象的后向散射微分截面越大，探测距离越近，而传输介质对激光的衰减越小，回波信号越强。文献综述

2.2 钠原子的精细结构

碱金属的原子光谱具有相仿的结构。一般观察到的四个线系称为主线系、漫线系、锐线系和柏格曼线系。[ ]图2.1给出了主线系钠原子的跃迁能级分布图。钠原子从 ，形成D2线，波长为589.158nm。考虑电子自旋的影响，自旋轨道耦合使得3P裂为两种状态，钠原子的双黄谱线D1和D2就是 和 基态 的两种发射谱线，这就是钠原子的精细结构。如果考虑自旋角动量的影响，原子核与电子之间的相互作用使得能级分裂成超精细结构，钠原子的基态 和激发态 、 分别分裂成2层、2层和4层的超精细结构。

2.3 钠原子的荧光光谱

从观察到的碱金属原子的光谱，可以得出这样的结论，发出辐射或者吸收辐射的跃迁只能在下列条件下发生：

上式成为单电子辐射跃迁的选择定则。[ ]因此，激发态跃迁到不同的基态能级使得D2谱线分离成两种线D2a和D2b。因此，D2光谱具有六条分立的谱线。频率和相对线强决定了D2荧光光谱结构

事实上，我们观察到的原子光谱决不是分立的条条光谱线，而是连续的。激光光谱的线形和宽度都与光的时间相干性直接相关。[ ]光谱增宽的原理主要有：自然增宽、碰撞增宽和多普勒增宽。经典理论认为，电磁波的辐射都是有原子的电荷振动而产生的。电偶极子辐射能量是会衰减的，因此，阻尼越大，振幅衰减的愈快，越偏离简谐振动，谱线宽度越宽。自然增宽的线性函数也叫洛伦兹线性函数，可以用下式来表示：

      （2.6）

其中， 是原子谱线的半值宽度，也叫自然增宽， 。

碰撞增宽是由于发光原子间的相互作用造成的，采用傅立叶变换给出的因为碰撞增宽而引起的谱线线型函数仍然为洛伦兹线型。

多普勒增宽是由于钠原子的随机的热运动产生的，主要受温度影响。通常情况下，多普勒增宽要比自然增宽大两到三个数量级，而碰撞增宽则可忽略不计，因此，在中间层顶，多普勒增宽在钠原子谱线宽度的增宽成因中，是主要因素，可以忽略其他两个因素。源.自/优尔·论\文'网·www.youerw.com/

综合以上所述理由，钠原子的荧光光谱谱线可以表示为：

      （2.7）

其中， ；T：绝对温度； ：谱线中心频率； ：D2a跃迁谱线中心。

由前面可知，D2a和D2b共有六条分立的谱线，那么将六条谱线相加，我们就得到了钠原子D2a的最终形式：

      （2.8）

其中，

Sn：相对线强，每个激发态能级跃迁到基态能级的爱因斯坦系数。

2.4 荧光光谱与温度、风场的关系

改变温度和风速，得到的钠荧光光谱如图2.2所示。（a）图表明温度较低时，荧光光谱比较窄且高，温度较高时，荧光光谱比较宽且低；（b）图表明温度一定时，荧光光谱会随着风速的改变发生频移，当向右频移时， 信号增强， 信号减弱。向左频移时和向右频移时的情况相反。而但是，中心频率信号强度没有发生变化。

2.5 温度比和风速比

温度比和风速比是与大气温度和风场相关的比值。我们不需要扫描整个的钠荧光光谱结构，只需要测量两个比值，就可以确定大气温度和风速。为了测量温度和风速这两个比值，钠测温测风激光雷达系统需要发射三个频率的激光，分别是D2a峰值频率 、 （ +630MHz）和 （ -630 MHz）。接收系统采集卡分别接收三个频率的后向散射回波信号光子数