以远程脉冲激光外差探测系统为模型,推导了系统的信号与噪声的表达式,给出了脉冲激光外差探测系统匹配滤波算法流程,对匹配滤波技术在中程导弹与国际空间站目标探测中的详细应用过程进行了仿真,分析了目标距离、散射截面面积、数字采样率对探测能力的影响。仿真结果表明:在100 MHz采样率的数字处理能力下,分别用蒙特卡罗法仿真了500次匹配滤波过程,对于散射截面面积为5 m ²、距离为100 km的中程导弹,回波信号载噪比为3.29 dB,匹配滤波后信号载噪比为25.13 dB,信号强度增强了152倍,距离精度为27 m,速度精度为0.17 m/s;对于散射截面面积为100 m ²、距离为500 km的国际空间站,回波信号载噪比为-6.12 dB,匹配滤波后信号载噪比为18.49 dB,信号强度增强了289倍,距离精度为117 m,速度精度为2.1 m/s。目标距离越小,散射截面面积越大,数字采样率越高,匹配滤波提取增强信号的能力越强。

传统激光相干探测系统中, 一般采用单频激光作为发射源, 实现目标测量或跟踪; 而在国外典型应用中, 采用锁模脉冲串与相干接收方式融合, 可实现目标距离-多普勒成像（简称R-D成像)。因此, 此文重点针对基于锁模CO2激光的R-D成像展开仿真分析。首先建立锁模脉冲串激光模型; 其次对频谱混叠进行展开, 并结合自旋运动中的目标模型开展回波信号的匹配滤波处理; 最后通过相应FFT和IFFT运算, 可获得目标的R-D图像, 并给出含有噪声情况下、自旋目标在不同转动角速度以及不同脉冲回波相叠加所获的成像质量改善的R-D图。经过相应仿真分析可知, 采用基于锁模脉冲串的成像方法, 可利用一个大脉冲获得一幅目标R-D图, 可作为弹道目标诱饵识别的“运动指纹”特征。

为了获得TEA CO2激光器高质量的单纵模输出，对种子注入锁定的TEA CO2激光器进行了研究。首先，本文提出了一种透射耦合输出的虚共焦非稳谐振腔方案，利用Glad软件的Prony法对腔模的演化进行了仿真分析，并实验记录了近场与远场的光斑光强分布。仿真结果与实验结果吻合，验证了此腔型方案的合理性。其次，在此腔型的基础上进行了腔外种子注入锁定实验，实验结果显示：自由振荡时存在频率为195 MHz的拍信号，当种子注入锁定成功后，输出激光拍频消失,波形变光滑,峰值功率降低48.6%,脉冲产生时间缩短20 ns。实验结果与已有成果吻合，验证了此种透射式非稳腔的TEA CO2激光器具有输出高质量单纵模的能力。

通过理论分析激光语音检测系统, 提出一种引入参数估计误差的反正切解调补偿算法, 并建立了系统总谐波失真与关键参数及其误差的定量数学关系式。文中用总谐波失真(THD)和无杂散动态范围(SFDR)分别表征系统微振动信号解调效果和可以与大干扰信号(阻塞信号)相区别的最小信号值。实现了非接触、远距离、高灵敏度的微振动信号检测。通过实验和仿真均验证了反正切补偿算法的可行性。实验结果表明: 该系统可以检测音频范围内的微弱振动, 在现有光学硬件平台基础上, 利用文中提出的反正切补偿算法, 能在35 m范围内较好地还原语音信号。

基于激光相干探测理论建立了全光纤激光相干测振系统, 并结合维纳语音增强技术实现了远距离、高质量语音信号的获取。首先, 介绍了该系统的检测原理及光纤器件特性, 搭建了全光纤激光相干测振实验系统检测发音者咽喉振动, 从而实现远距离语音信号的获取。由于直接获取的语音信号受到严重的噪声干扰, 采用基于最小控制递归平均算法估计噪声的维纳滤波来抑制噪声, 提高语音质量。实验结果显示: 激光相干测振系统可有效获取70 m内的语音信号(检测喉咙振动还原语音); 语音增强技术可有效抑制噪声, 将信噪比提高5 dB, 并增强语音的清晰度。由此表明, 该系统具备获取远距离、高质量语音信号的能力。

提出了采用激光外差技术探测振动目标, 获取目标多普勒频谱图像, 实现目标轮廓识别的方法。基于相位变化给出了目标振动形成外差信号的光电流模型; 用扫描振镜控制激光光束方向实现对目标点扫描; 通过振镜驱动电压触发数据采集卡, 实现扫描与采集同步。利用频谱展宽占有比例的信号处理方式处理振动目标形成的多普勒频谱, 简化了数据处理方式, 有效消除了单个峰值噪声对信号的影响。实验中以5 MHz采样率测得两个目标在不同位置的特征频谱, 得到了它的频谱展宽占有比例曲线; 选取不同频谱展宽占有比例形成多普勒频谱图像, 指出频谱展宽占有比例在0.7到09时能够形成良好的振动图像。文中结果证实了利用频谱展宽占有比例的数据处理方式探测振动目标是有效的, 利用外差技术获取振动频谱图像是可行的。

报道了一种在轨行星防御系统，该系统能加热威胁目标表面达到汽化点，从而产生推力使目标汽化消失或变轨移除。该系统命名为“行星攻击与探测定向能系统(DE-STAR)”，是一个通过太阳光伏电池供电的千瓦级激光相位锁定阵列，模块化设计可实现后续开发、风险低、技术共享等优点。该系统主要目的是利用聚焦定向能激光提高被照射物体表面温度至3000 K，直接汽化大部分物质材料，汽化过程中产生的反作用力将使小行星轨道发生变化，从而避免撞击地球的危险发生。该技术的前期成果可用于空间碎片清理。

激光相干探测由于其高灵敏及抗干扰特性，在现代精密检测中应用逐渐广泛。由于目标二维信息更能反映目标特性，利用PCI8522采集卡与振镜扫描控制信号进行模拟量触发源(ATR)触发同步，快速获取目标二维多普勒频谱。对室内裸露以及伪装网覆盖的旋转漫反射目标进行二维频谱提取，二维频谱图为31 pixel×31 pixel，目标存在区的频谱范围在3~7 MHz之间，通过二维频谱图能对典型目标轮廓进行识别。对图像恢复算法中引入的噪声进行分析，结果表明：其中目标覆盖区中轴线附近噪声概率较大，主要由200 kHz的频谱门宽引起；另一类噪声为背景无多普勒频移的5 MHz中心信号被频谱门宽限制所致，可作为目标轮廓衬底，无需抑制。该研究为激光相干探测在动目标伪装识别中的应用奠定基础。

提出采用光子级别的弱本振光(LO)与弱回波信号进行相干混频。接收单元采用多像素光子计数器(MPPC)，光子混频中心频率为1 MHz，本振光与回波光子光程差分别为30、45、60 m。实验分析表明，在距接收系统的任何位置，其数据的功率谱密度(PSD)中均含有大量噪声成分。为减弱噪声的影响，采用功率谱密度叠加方法从噪声中提取信号，并采用匹配滤波算法将信噪比进一步增强。对距接收系统45 m和60 m处的混频信号进行6次功率谱密度叠加后利用匹配滤波算法进行滤波，信噪比分别提升5.90倍和2.73倍，且初始信噪比越高，滤波后信噪比改善越明显。

为避免传统激光外差探测中强本振信号带来的散粒噪声影响，着眼于光子级别的弱本振激光外差探测信噪比分析。首先，将脉冲体制弱本振激光外差探测信噪比表达式应用于分段连续弱本振激光外差探测中，获得中心频率为 221 kHz外差信号的解析，且信噪比的理论计算和实验值吻合。其次，采用数据段细分功率谱累积技术，在相同的信噪比情况下，所利用的数据量总数降低为传统功率谱累积方法的 1/10，提高了数据利用率，且在功率谱累积次数较少时，信噪改善比近似遵守 m规律。