阵列光束在大功率激光合成、远距离通信、高质量输出等方面发挥着重要作用。本文利用相位屏法模拟海洋湍流，研究了径向阵列涡旋光束与矩形阵列涡旋光束在具有外尺度的不稳定分层海洋中的传输特性，并将其与单涡旋光束的传输特性进行了对比，分析了三种涡旋光束在海洋湍流中的光强与相位分布。结果表明：两种阵列涡旋光束传输一段距离后不再保持初始的阵列分布，子光束之间会相互影响，产生了干涉条纹。在相同的条件下，单涡旋光束的漂移比两种阵列涡旋光束大，束宽比两种阵列涡旋光束小，而且径向阵列涡旋光束的漂移比矩形阵列涡旋光束大，束宽比矩形阵列涡旋光束小。在较远距离处，单涡旋光束的闪烁指数比两种阵列涡旋光束大，而且矩形阵列涡旋光束的闪烁指数比径向阵列涡旋光束大；在较强湍流和远距离处，三种涡旋光束的束宽逐渐减小。

海洋湍流和光源参数对涡旋光束的信道容量有十分重要的影响。本文根据Rytov近似理论，利用有限外尺度且不稳定分层的各向异性海洋湍流功率谱，并引入xy平面上的两个各向异性因子来研究完美涡旋（PV）光束、拉盖尔高斯（LG）光束和贝塞尔高斯（BG）光束在海洋湍流下的信道容量，数值模拟了束腰半径、接收孔径直径和海洋湍流参数等对三种光束信道容量的影响。数值结果表明：当传输距离在30~70 m时，较小束腰半径（小于4 mm）的PV或者LG光束可获得比BG光束更大的信道容量；但较大束腰半径（大于12 mm）的PV或者LG光束的信道容量却大于BG光束。此外，当束腰半径小于2 mm时，PV光束的信道容量要大于LG和BG光束，表明采用窄束腰半径（小于2 mm）的PV光束相比LG和BG光束可以增大光通信系统的信道容量。本文的研究结果对海洋环境中光通信光源参数的选择具有重要意义。

针对现有的水泥稳定碎石离析评价方法难以精准评价混合料离析的情况，本文通过室内离析试验定量分析5种不同级配水泥稳定碎石混合料的抗离析性能，并引入形状离析系数L与筛分离析系数Seg，定量划分水泥稳定碎石混合料的离析程度。结果表明：与水泥剂量4%(均为质量分数)相比，水泥剂量5%的混合料抗离析性能大幅度提升，且水泥剂量5%和水泥剂量6%的混合料抗离析能力相差不大，因此更推荐5%的水泥剂量；当混合料的4.75 mm通过率为35%和40%时，混合料内部能形成强有力的力链结构，抵抗集料在下落过程中的离散趋势，且水泥剂量为5%和6%混合料的离析等级总保持在无离析和轻微离析状态，表现出优异的水泥稳定碎石抗离析性能。

在水下信道中使用涡旋光复用通信技术可以有效提高通信系统的信道容量，然而海洋湍流会引起涡旋光束的模态间串扰，造成通信系统的性能下降。为了缓解模态串扰问题，本文引入基于反向传播（BP）神经网络的盲均衡算法，采取4路涡旋光进行复用传输，使用随机相位屏法模拟海洋湍流，仿真分析了系统在加入BP盲均衡算法后，改变海洋湍流强度、传输距离以及涡旋光复用模式等因素下，系统误码率的改善情况。仿真结果表明，利用BP神经网络的盲均衡算法能够有效降低海洋湍流对系统误码率的影响，且在复用模式间隔选为2时，系统性能改善明显。

高光谱图像分类的有效特征提取仍然是遥感中具有挑战性的研究课题。为了解决这个问题，提出一种基于自动阈值属性形态剖面的光谱空间特征框架用于高光谱图像分类。它包含两个阶段：1）将高光谱图像灰度值转化为树形结构的属性形态剖面，利用所提自动阈值方法进行过滤树操作，以创建最终的扩展多元属性形态剖面，获得空谱特征数据。这种方法不需要自定义任何阈值，仅需要少量的过滤操作就可以获得最大的空间信息。2）将获得的空谱特征数据通过训练的光谱角度映射堆叠式自动编码器网络来创建有效的分类器，得到最终的分类结果。通过在两个真实的高光谱图像数据集上应用这种改进方法并将结果与现有方法进行比较，证明了该方法的有效性。

通过实验研究了拉盖尔-高斯涡旋光束及其叠加态在水下湍流中的传输特性，充分考虑了不同温度差和盐度差的水流扩散产生的湍流对4种光束（高斯光束，阶数为0、拓扑荷数为6的拉盖尔-高斯涡旋光束，阶数为1、拓扑荷数为2与阶数为0、拓扑荷数为6的拉盖尔-高斯涡旋光叠加，阶数为1、拓扑荷数为2与阶数为0、拓扑荷数为10的拉盖尔-高斯涡旋光叠加）传输的影响，并对4种光束的漂移方差和闪烁指数进行深入讨论与分析。实验结果表明：随着湍流强度的增大，4种光束的漂移方差和闪烁指数都增大，相比其他3种光束，拉盖尔-高斯涡旋光束的漂移方差和闪烁指数较小；在较弱的湍流强度下，两种涡旋光叠加态的漂移方差和闪烁指数与拉盖尔-高斯涡旋光束相近。

声波作为具有能量的机械波, 在传播过程中与大气相互作用, 扰动大气湍流的时空分布特性。本文基于声波的波动方程和叠加原理, 结合大气折射率与大气物理参数的关系式, 通过理论建模和仿真模拟, 数值分析了基于单个点阵列相干声源的五种不同类型组合阵列相干声源模型激发的人工折射率不均匀体分布情况。结果表明: 组合阵列声源在局部空间平面上激发的不均匀体分布特征受阵列声源的数量和分布位置共同影响, 组合阵列模型内部声源个数越多, 激发出的人工不均匀体的数量级以及起伏更大, 同时声波之间的干涉条纹也更加的明显。本文为生成或抑制湍流效应提供了新思路, 数值计算结果可为光工程选择合适的声源模型提供依据。