单光子雪崩二极管（SPAD）阵列探测器常被用作空间远距离目标的测距和三维成像。为快速获取光子数据，SPAD阵列探测系统一般选用高重复频率的探测体制。目前，主要采用随机序列对脉冲进行编码的方法来抑制高重复频率引起的距离模糊效应。为了在接收端对阵列像素实现有效区分，而且各周期内的编码波形不相互串扰，需要数量庞大且可保持相互正交的随机编码序列。本文提出了使用混沌序列对SPAD阵列进行编码的思路，并通过分析Lyapunov指数的值域变化，提出了复合型Logistic序列的优化编码方案。为确保阵元间的互扰不会影响最终的探测效果，提出了峰值旁瓣差（PSLD）的概念，并对阵列间互相关积累的影响进行了定量分析。依据峰值旁瓣差对生成的混沌序列进行了筛选，以保证其能够满足所需阵列规模的抗互扰要求。最后给出了具体的编码流程。

采用单光子雪崩二极管（SPAD）组成的接收阵列，可有效提升接收端的灵敏度，这对于远距离探测成像具有重要应用价值。因成像时间受限，SPAD阵列对于空中移动目标探测的成像结果存在分辨率低、特征信息少、背景干扰噪声多等问题。针对阵列弱成像条件下的目标快速识别问题，通过分析不同空中移动目标的结构运动与位移之间的角度变化特点，提出一种基于SPAD阵列探测的空中运动目标识别方法。该方法有效解决了跟踪探测实时性要求与目标识别准确性之间的矛盾，可以在没有先验信息的条件下完成跟踪和识别任务。为进一步说明基于光流特征的分析方法的优势，以旋翼型无人机、固定翼型无人机以及飞鸟等大小、形状类似的低空飞行目标为例，通过对不同的光流角度分布进行统计分析，在近似离散点的成像条件下实现了以上3类目标的有效识别分类。

针对室内可见光通信系统存在小区间干扰的问题,设计优化孔径阵列接收机。孔径阵列接收机由裸露的中心探测器和多个接收单元组成,并采用雪崩光电二极管作为探测器。优化问题以最大信干噪比为优化目标,干信比等于0为约束条件,在室内中心位置和遍历位置两种接收模式下,获得孔径阵列接收机的最佳结构参数。结果表明:与通用的角分集接收机和单个雪崩光电二极管相比,当优化的孔径阵列接收机位于室内中心位置时,其误比特率降低至少10 dB和14 dB;当优化的孔径阵列接收机遍历室内位置时,其信干噪比提高约6 dB和15 dB。

研究了基于发光二极管(LED)指示灯的可见光通信系统。在发送端,采用嵌入式个人电脑的硬盘指示灯,搭建硬件实验平台,采集数据并进行统计分析,得到信号模型的参数。在接收端,采用单光子雪崩二极管(SPAD)作为接收机,以提高接收机的灵敏度,扩展系统的通信距离。针对时钟漂移问题,提出一种脉冲宽度长-短键控(PWLSK)调制方案来代替传统的开关键控(OOK)方案,并通过硬件实验进行了验证。实验结果表明,在实验条件下,OOK调制方案的误码率(BER)始终无法降至10 -4以下,难以满足通信需求。并且在仿真实验中,OOK调制对环境光的强度更敏感,只有在环境光小于1 lx时才能降至10 -5以下。而PWLSK调制方案则可以在环境光强度更高的复杂环境下降低BER。所提方案可以实现即时消息、文件或语音信号的传输。

针对水下可见光通信(VLC)存在传输距离短的问题, 首先分析了水下VLC技术的发展现状, 然后依据“收发单元阵列化、探测设备光子化、通信节点网络化和业务类型多元化”的基本思路, 提出了未来需要进一步突破的理论瓶颈和关键技术。

随着可见光通信多输入多输出(VLC-MIMO)系统收发端阵元数目增多、阵元间距减小以及传输距离增大, 系统接收端信号间严重干扰、信道矩阵缺秩等问题逐渐凸显, 导致系统的复用率降低、信道相关性增大。针对这些问题, 提出以最小化最大干信比为优化目标; 通过建立VLC-MIMO信道模型, 分析收发端阵元法向量倾斜角度对信道相关性的影响; 通过优化发光二极管(LED)法向量倾斜角度来减小信道相关性, 并得到各个LED法向量的最佳倾斜角度。通过比较系统接收平面的光照度分布, 发现所提出的优化方案能有效减小信号间干扰, 与链路阻塞方式相比, 该方案的误码率降低了42 dB。

为提升可见光双层叠加系统的通信性能, 提出了一种新型叠加编码系统。该系统在充分考虑远、近距离通信特点的基础上, 将迹正交编码与叠加系统相结合, 使双层信号满足迹正交特性,有效消除了层间干扰, 提升了信号间的欧氏距离, 并获得了一定的编码增益。针对此新型系统采用复杂度为线性的求和检测算法能够获得与最大似然(ML)检测算法相同的译码性能。通过推导基于ML检测时的理论误比特率(BER)闭式解, 分析了功率分配对各层传输BER性能的影响, 并给出了3类星座设计方案。仿真结果表明, 与现有双层叠加系统相比, 基于层间迹正交码编码的新型系统可有效改善系统的通信性能。

提出了一种基于可见光通信(VLC)的隐式信息服务系统.将隐式信息嵌入载体图像或视频中,既保证原有图像、视频的正常显示,又能使隐式信息被成像器件获取并由相应算法解码恢复.对众多广告信息进行人眼视觉不可见的推送,可以有效地避免广告轰炸,实现针对目标人群的定向宣传.本系统易于移植于手机、平板电脑等手持设备操作平台.实验验证了系统的可行性,对影响系统性能的主要因素进行了评估.

商用发光二极管（LED）调制带宽受限制约着可见光通信的传输速率，而灯具内通常有多个LED灯芯，为此提出了通过多个灯芯同时作为通信信源，利用交织分多址技术并行叠加，单一光电检测器（PD）接收的高速传输方案。由于LED驱动电压非负、PD只检测光强信息，为此提出了基于单载波开关键控（OOK）调制的发送传输结构、接收端多LED检测和重复码译码算法；研究了可见光OOK调制的信噪比（SNR）性能估计算法；仿真中，与等条件的多载波直流(DC)偏置光正交频分复用相比较，该方案在误码率（BER）、抗非线性等性能上更优。

可见光通信是一种工作在可见光光谱范围内的新兴高速短距离通信技术。将白光LED作为光源的光无线网络中，通常使用强度调制/直接检测方式，忽略了信号的频率和相位信息，导致光无线信道的空间相关性比传统无线信道大得多。分析了影响光多输入多输出(MIMO)信道相关性的因素，并通过仿真验证了在特定条件下各因素对信道相关性产生影响的方式。在特定的场景内，根据信噪比和信道相关性的共同影响获得了最佳的收发端参数设置，从而得到了最佳的误码率性能。