卫星激光测距（SLR）平均回波光子数是表征系统探测能力的重要参数之一，与激光大气传输特性紧密联系。基于Mie散射理论，结合气溶胶粒子的实际分布情况，提出并利用激光雷达大气修正（LAC）模型计算SLR系统平均回波光子数，以长春站60 cm SLR系统为例，分析气候条件对SLR系统平均回波光子数的影响。结果表明，SLR系统平均回波光子数随地表附近能见度增大而增加，随相对湿度增大而减少。当望远镜俯仰角大于15°时，能见度对平均回波光子数的影响将超过相对湿度，并且在俯仰角为60°左右时达到峰值。阐述了气候条件影响SLR探测性能的内在机制，并为SLR系统选址与性能评估提供了新的理论方案和技术支持。

针对金属材料的电子束选区熔化过程，建立了瞬态温度场及熔池演化的有限元模拟方法。采用双椭球热源模型模拟移动电子束，给出了基于传热机理考虑材料物性参数随材料状态及温度变化的粉末热物性参数估算实现方法，并对有限元模拟方法进行了解析解验证。在此基础上对纯钨的电子束选区熔化过程进行了模拟，单道扫描模拟结果表明，随电子束扫描速率的增大，或电子束半径的增大，或热源功率的减小，熔池最高温度降低，熔池的长度、宽度及深度均减小。两层多道扫描的模拟结果表明，除第一层第一道外，熔池温度场及熔池形貌不对称于扫描中心线，已扫描侧的热影响区大，温度梯度小，熔池面积小。通过模拟得到的熔池剖面图，可预测一定工艺参数条件下多道之间的搭接及多层之间的熔合情况。

根据水下可见光通信长距离传输的需求，对水下光通信信道进行建模仿真，并设计了一种基于数字信号处理的高灵敏度水下光通信发收机。在发收机中采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)进行开关键控(OOK)调制、编码以及有限长单位冲激响应滤波器滤波(FIR)、自适应门限判决、滑动均值滤波等数字信号处理手段提高系统信噪比及误码性能，并在不同水质环境中进行水下光通信实验，对整体通信系统进行误码率分析，验证系统性能。实验结果表明，在满足误码率等于10^－6条件下，接收机灵敏度可以达到－38 dBm。实验证明该通信系统在码速率5 Mbps、误码率10^－6条件下在Ⅰ类水质中传输距离达到20 m，Ⅱ类水质中传输距离10 m，Ⅲ类水质中传输距离可以达到4.5 m。

随着5G时代的到来，自由空间光通信成为无线通信领域的研究热点，限制激光通信系统在大气信道下发展的主要因素是湍流闪烁效应。为了提高激光通信系统在大气信道下的通信性能，本文提出了一种基于雪崩光电二极管自适应增益控制的激光传输终端大气湍流的抑制方法，建立了大气湍流信道时域频域模型，编写了一套闭环调节算法并在湍流条件下搭建了具有自适应增益控制算法的无线激光通信实验。结果表明：在弱湍流条件下，光强闪烁方差由0.057降低至0.023，开启自动增益控制的功率谱曲线更加符合5/3次幂律谱，系统误码率降低两个数量级。经多次试验证明，自适应增益控制算法有效地抑制了湍流引起的信号功率波动，实现了高抗干扰能力的无线激光通信。

卫星形状效应是阻碍卫星激光测距(SLR)系统测距精度向毫米级发展的重要因素之一。基于卫星角反射器的实际分布,提出了角反射器不均匀分布(RUD)模型,计算了激光入射角与参与SLR过程的卫星角反射器个数、分布、反射强度的关系,分析讨论了卫星形状效应对SLR回波数据残差分布、卫星质心改正(CoM)值产生的影响。结果表明,与现有CoM模型不同,利用RUD模型计算得到的参与SLR反射的角反射器个数随激光入射角变化,角反射器分布分散且不对称,同纬度各角反射器反射激光强度不同,SLR回波波形中“拖尾效应”明显,与实测结果相符。同时,利用RUD模型得到的CoM值随激光入射角呈动态变化。对于Lageos-1卫星,长春站CoM平均值为248.1 mm,在国际激光测距服务组织的参考范围之内。

基于卫星激光测距(SLR)系统的测距原理,对从角反射器反射的回波光子分布进行数值仿真,分析并讨论了卫星角反射器形状效应与SLR系统测距精度的关系。另外,为验证卫星角反射器形状效应的适用性,利用中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站SLR系统对不同轨道高度的卫星进行了实测。结果表明,卫星角反射器形状效应使从卫星反射的回波光子分布发生明显改变,激光脉冲被展宽。对于Starlette卫星,激光脉冲脉宽由50 ps展宽至72 ps,由卫星角反射器形状效应引起的测距误差约为5.4 mm。对于高轨Etalon-1卫星、中轨LAGEOS-1卫星和低轨LARES卫星,由卫星角反射器形状效应引起的测距误差分别约为15.4,7.4,5.0 mm。因此,要使SLR系统测量精度向毫米级发展,应当考虑卫星角反射器形状效应对测距精度的影响,这也为SLR系统的性能评估与结构设计提供了新的思路与途径。

随着卫星激光测距技术的发展, 高轨卫星激光测距的数据量明显提高。由于高轨卫星距离远回波弱, 这就要求望远镜系统能精确地对准卫星目标才能接收到有效回波。首先分析了影响望远镜对准的光行差因素, 即卫星运行的速度光行差和发射激光运行引入的光行差。文中以Glonass系列高轨卫星为例, 重点研究了发射激光束运行引入的光行差偏移量, 并且计算出测站测量Glonass系列卫星的光行差角偏移量为26 ?滋rad。在实际高轨卫星激光测距中对Glonass系列卫星进行了数十次的测距实验验证, 证明了文中对光行差影响的分析是正确的。通过文中的研究可以提高高轨卫星激光测距的捕获机率, 大大提高高轨卫星观测效率。