为了解决电磁振镜系统中镜面大角度偏转难以测量的问题，设计了一种基于四单元光电探测器（PD）与LED的光电式镜面角度传感装置。首先分析了镜面角度检测的基本原理，基于LED朗伯辐射模型，建立了镜面偏转角度的真实值与解算值之间数学模型；其次以非线性度为评价标准定义了系统检测范围；然后仿真分析了探测器水平位置、镜面中心与LED距离和LED半功率角对系统检测范围的影响；最后搭建了实验平台进行验证。仿真及实验结果表明：所建立的数学模型对使用朗伯型LED进行镜面角度检测是有效的；通过减小探测器与LED之间距离、增加镜面中心与LED距离和增大LED半功率角，可以提高系统的角度检测范围。

为了实现空间光通信系统小型化、一体化设计，建立了基于阵列探测器和快速偏转镜的一体化跟踪系统，通过分析阵列探测器的光斑位置检测原理提出了一种归心算法。首先通过设置阈值，设计了光斑不完全覆盖探测器的粗归心策略；然后采用数据库查询的方法完成精归心，最后采用无穷积分法使光斑归至原点附近；通过搭建试验平台验证了算法的正确性和可行性。实验结果表明：跟踪视场可达70.3 mrad，较原算法视场扩大了约3倍，跟踪最大误差优于1.8 μrad，为空间光通信系统的进一步工程化应用奠定了基础。

为实现马赫曾德调制器(Mach-Zehnder Modulator, MZM)工作时偏置点的稳定控制,提出了一种基于平均光功率斜率值检测的简单有效的控制方案。首先, 分析了MZM工作时偏置点稳定控制技术的重要性,从理论上研究了控制算法的可行性,然后, 利用Matlab进行了仿真验证,最后在搭建的实验平台上进行了MZM工作偏置点稳定控制系统的实验验证。结果表明该控制方法是一种适用于多种调制格式的简单有效的无抖动偏置控制技术, 并且实验观察结果表明系统误码率性能在72 h内没有下降, 能稳定在10-9附近, 有效地保证了激光通信调制系统工作的可靠性。

介绍了无线激光与射频(RF)互补通信系统的突出地位和重大成果,说明了无线激光与RF互补通信技术的优越性和重要性。描述了无线激光与RF互补通信的系统结构,说明无线激光与RF互补通信系统研究的可行性。结合国外近年来的互补通信系统最新研究成果,重点对遇到的一系列问题进行分析。指出了互补通信系统现阶段面临的挑战,阐述了应对这些挑战的关键技术,并指出其应用前景和发展趋势。

为了提高光电经纬仪上图像传输系统的性能, 建立了光纤传输系统, 本文针对传统CameraLink光纤传输系统方案中FPGA开发繁琐的问题, 结合CameraLink接口协议和串行/解串行技术,设计了一种新的base型CameraLink的光纤传输系统, 该系统采用SerDes芯片组MAX9259/MAX9260代替编解码芯片, 实现数据在Cameralink并行接口与光电转换模块串行接口之间的相互转化, 并通过两种实验方案验证了系统的可行性。该方案省去传统方案中时分复用及异步FIFO缓存, 降低了光纤传输系统的开发难度, 并缩短了研发周期。实验结果表明: 系统传输速率达到25 Gb/s, 具有传输稳定可靠, 传输图像质量好, 带宽高, 抗电磁干扰能力强等特点, 可满足多种像素时钟相机的需求。

设计并实现了一种并行循环移位比较的帧同步方式, 将其应用于传输速率为2.5 Gbit·s-1的大气激光通信脉冲位置调制(PPM)系统中, 论述了该帧同步的工作原理, 并分析了其同步性能。采用特定帧头同步序列提高了系统对大气信道帧同步的容错能力, 在信道状态变差时通过适当减小检测阈值可保持较高的同步概率。理论及仿真结果表明, 该同步方案可在高速PPM光通信中实现帧同步, 对应于大气信道3种不同的情形, 检测阈值分别取14、7~9、10~13时可使系统保持较好的工作性能。

为了提高1 550 nm近红外波段光斑位置的检测精度, 提出了一种改进的积分无穷解算模型。以高斯光斑为入射光模型, 深入分析了InGaAs四象限探测器(Quadrant Detector, QD）输出信号与光斑实际位置之间的关系, 考虑探测器直径及沟道的影响, 通过引入误差补偿因子, 利用最小二乘拟合的方法得到有效光斑半径, 从而获得新解算模型的解析表达式, 最后在搭建的InGaAs QD光斑位置检测系统上对提出模型进行实验验证。仿真和实验结果表明: 新模型可有效降低不同半径光斑下的位置检测误差; 入射光总能量约为10 μW, 光斑半径0.75 mm时, 在[-0.75~0.75 mm]检测范围内, 新模型均方根误差为0.003 mm, 最大误差为0.009 mm,较原有模型分别降低了78.6%和52.6%。新模型在激光通信和激光雷达等工程实际中具有较好的应用前景。

为了对四象限探测器输出的四路信号进行同步采集传输, 本文设计了一套高分辨率、高速率的同步数据采集传输系统。该系统首先以FPGA芯片EP1C12Q240为核心, 控制模数转换芯片ADS1274采集数据, 数据经过片内FIFO缓存, 然后按Camera Link协议将数据打包为32×40大小的图像, 图像经Camera Link接口传输到PC机, 最后使用图像采集卡采集图像数据, 并利用MATLAB编写软件实现图像解码与存储。实验结果表明: 该系统实现了分辨率为24 bit、采样速率为100 kHz的4通道同步数据采集, 其有效分辨率可达18.79 bit, 数据传输稳定可靠。满足了数据采集系统高分辨率、高速率的需求, 并且该方案也可方便地移植到其他应用中, 具有较好的可扩展性。

针对定量评估大气湍流对近海激光通信影响的问题，提出了基于对850 nm 和1550 nm 波段激光光斑同步采集的大气折射率结构常数测量方案。采用现场可编程门阵列(FPGA)+多核数字信号处理器(DSP)架构的实时图像处理系统实现目标中心位置的提取与目标灰度和的统计，进而得到激光自发射端至接收端的到达角起伏方差和闪烁指数。将两个不同波段的同步采集结果分别代入已有的大气折射率结构常数计算模型中，比较同一模型不同波段所得结果的相似性，并对相应模型中的参数进行修正，使同一时刻及环境的两种波段条件下，经修正模型计算得到的大气折射率结构常数相对稳定可靠。实验结果表明，采用改进模型对大气折射率结构常数进行计算，所得结果相似度不低于80%，可作为定量评估大气湍流对近海激光通信影响的重要参数。