非相干测风激光雷达是目前唯一可探测晴空风场精细结构的遥感手段，对于数值天气预报、大气动力学研究、航空安全预警和国防应用都有重要的意义和显著的应用前景。面向气象应用要求的系统关键技术的攻克，也将为我国星载测风激光雷达的发展奠定一定基础。本论文针对气象应用对测风激光雷达工作模式、稳定性和实时测量的需求，进行了非相干多普勒激光雷达系统设计，并就系统研制中的关键问题进行了研究。 为了实现气象业务工作模式，论文进行了高重复频率的半导体泵浦Nd：YAG脉冲激光器的种子注入研究。首次实现了种子激光器和脉冲激光器的单模光纤注入耦合，完成了单纵模、可调谐、稳频脉冲激光发射系统的研制。采用基于碘分子吸收的数字PID锁频方法，对非平面环形腔的连续激光器进行了锁频，频率稳定性优于1MHz。 针对风速测量对观测时间的需求，论文采用经验模式分解方法对激光雷达大气回波信号进行实时预处理，为下一级风速反演实时提供高信噪比、高时空分辨率的初始数据。为提高径向风速反演精度，论文采用离散小波变换，提出了应用双正交小波和随探测距离变化的阈值设定方法，对径向风速数据进行了降噪处理。数据分析显示，综合两种方法该方法能够有效地提高反演精度，同时可补偿平均次数减小引起的信噪比降低。 鉴于小型车载系统对于可靠性、快速启动能力的要求，以及紧凑的车载环境限制，系统采用了模块化设计思想。激光发射系统、高光谱分辨率的鉴频系统、光电转换、数据采集及控制等形成相对独立的子系统。系统采用高重频、高功率的半导体泵浦激光器和全天候的扫描转镜可以进行快速、高精度的多种气象业务模式扫描。系统设计还对设计参数进行了模拟。