作为一种新型的激光探测雷达, 布里渊激光雷达可以用于海水参数的监测。针对现有的布里渊激光雷达反演模型存在反演精度和参数范围较小的缺点, 将频移和线宽作为自变量, 采用最小二乘法对温度与盐度进行了拟合, 提出了新的温度与盐度的反演模型。该模型提高了海水温度和盐度的反演精度与范围, 并从灵敏度、误差、不确定度三个方面对反演模型进行了分析。结果表明, 利用布里渊频移和线宽可以实现海洋温度和盐度的同步监测。在温度反演模型中, 布里渊线宽对温度的影响要大于频移对温度的影响, 新的模型温度反演范围从15 ℃≤T≤30 ℃扩大为10 ℃≤T≤30 ℃, 最大误差为0.17 ℃, 平均误差为0.07 ℃, 平均相对误差为0.27%, 比现有模型的精度提高了63.16%; 在盐度反演模型中, 布里渊频移对盐度的影响要大于线宽对盐度的影响, 该模型的反演范围也从30‰≤S≤35‰扩大为15‰≤S≤35‰, 最大误差为0.20‰, 平均误差为0.09‰, 平均相对误差为0.29%, 比现有模型的精度提高了77.50%。研究结果对布里渊激光雷达探测海水温度和盐度具有指导意义。

提高星光大气折射模型精度对于改善天文导航系统的精确性具有重要意义。本文针对目前常用的美国标准大气（USSA）和COSPAR国际参考大气（CIRA）参考模式精度较低的问题，利用高分辨率的美国国家环境预报中心（NCEP）大气参数数据结合傅里叶插值算法建立了大气参数时空变化模型，根据不同高度、不同经纬度的大气折射率，计算了星光在大气中的传播路径，并建立了星光大气折射模型。与现有模型对比分析表明，本文建立的大气温度时空变化模型拟合实测数据时的相对误差小于2%，平均绝对误差小于3.5 K，大气密度拟合的相对误差小于4.39%，1月低纬、中纬和高纬的折射时空模型与传统单点模型之间的相对误差分别为37.64%、9.79%和28.78%，7月低纬、中纬和高纬的折射时空模型与传统单点模型之间的相对误差分别为27.95%、26.89%和39.10%，因此考虑了时空变化的星光大气折射模型理论精度更高。

利用大气湍流传输理论和部分相干光交叉谱密度函数，研究了部分相干光-光纤阵列的耦合效率，分析了光源相干度、透镜阵列子孔径数N、传输距离、湍流强度和波长对耦合效率的影响。仿真结果表明，透镜阵列可以很好地抑制光源相干度的下降和大气湍流对部分相干光-光纤阵列耦合效率的影响。在等效接收口径一致时，增加N可以有效提高部分相干光-光纤阵列的耦合效率。当N=37、传输距离大于3 km时，耦合效率变化曲线趋于稳定。对于波长为1550 nm，相干度为0.04 m的光源，相比单透镜接收，在中、强湍流情况下，N=37的透镜阵列可使耦合效率从40%和8%分别提高到60%和53%；相比长波长光源，透镜阵列对短波长光源的耦合效率提高更明显。对于波长为850 nm和1550 nm，相干度为0.04 m的光源，相比单透镜接收，N=37的透镜阵列可使耦合效率从18%和41%分别提高到57%和60%。

对偏振光在火星沙尘中的传输特性进行了研究,首先分析了火星沙尘粒子散射系数、吸收系数和不对称因子随粒径尺寸的变化关系,然后利用偏振蒙特卡罗方法模拟了偏振光在火星大气中的多重散射,计算并分析了波长、粒径分布、风速、高度、粒子数浓度对偏振光传输特性的影响。研究结果表明:偏振光退偏度随着传输距离的增大而增大,粒子数浓度越大,偏振度退化越严重。当波长为0。55 μm时,对于所选用的两组粒径分布,有效粒径小时反而退偏严重, 15。3 m/s和1。7 m/s风速对应的退偏度相差将近两个数量级,在所选的6个波长中7。46 μm激光在火星沙尘中传输时偏振保持性最好,而波长0。66 μm激光在火星沙尘中传输时透射性是最好的。

分析雾环境下利用LED交通灯进行车辆定位的性能，讨论了接收角度、道路宽度、雾环境下接收端信噪比等对车辆定位范围的影响。仿真结果表明：信号最佳接收角度为25°；车辆距离LED交通灯20 m之内时，道路宽度对信号的接收功率影响较大；在靠近交通灯处，车辆位于第二车道上的定位距离比车辆位于第一车道的定位距离少2.2 m；晚间接收端的信噪比优于白天，晚间的定位范围大于白天；与晴朗天气相比，雾天信噪比下降较大，将极大影响车辆的可定位范围，因此为保证安全驾驶，车辆在雾天行驶过程中需要更多的制动时间。

针对复杂的火星大气环境，基于T-matrix理论，对三种非球形火星沙尘粒子的散射特性进行了研究，计算了服从对数正态分布的非球形火星沙尘粒子的散射特性，分别在有沙尘暴和无沙尘暴两种条件下，分析非球形火星沙尘粒子的传输衰减和透射率随粒子数浓度、波长以及高度的变化趋势，并与球形粒子进行对比.结果表明：非球形与球形粒子的消光效率因子和散射效率因子存在较大差异，两者之间的最大差值分别为1.786 8和1.761 9，而切比雪夫粒子的散射特性与球形粒子最接近；当入射波长为0.55 μm时，火星上沙尘粒子群整体的散射主要集中在前向40°以内，且非球形与球形粒子在前向60°以内散射强度基本相等，大于60°时非球形的散射强度比球形粒子高；非球形火星沙尘粒子的传输衰减和透射率（随波长、粒子数浓度和高度）的变化趋势与球形的基本一致，且其尺寸的比值越接近于1，传输衰减和透射率越接近于球形粒子的值.

设计了基于单光源的全双工可见光通信系统,实现了可见光兼具照明和通信的功能。利用“猫眼”逆向调制器对下行光信号进行两次调制,将上行信息调制到下行光信号上并反射回主动端。实验表明,单光源可以实现全双工可见光通信链路,并且使上下行链路的通信互不干扰,通信效果良好。

对火星沙尘气溶胶粒子进行分析, 利用对数正态分布拟合了火星沙尘的尺寸分布.分别用Mie理论和Monte Carlo方法研究了不同波长的激光在火星沙尘条件下的传输特性, 分析了火星上沙尘条件下的传输衰减、透射率和能见度随粒子质量浓度的变化关系, 给出了波长为0.55 μm时能见度随粒子质量浓度的变化曲线, 并将两种方法的计算结果进行了比较.结果表明: 随着粒子质量浓度的增加, 能见度先迅速降低后再缓慢降低并趋于2 km左右, 粒子浓度越高多次散射现象越明显, 利用Monte Carlo方法计算的能见度比Mie理论计算的结果更高.在选择的几个波长中, 沙尘条件下7.46 μm的激光传输衰减最小, 因此更适合火星无线激光通信.

研究红外波段沙尘的散射特性对自由空间光通信(FSO)具有重要的理论意义。针对FSO常用的几个红外波长, 采用Mie理论对激光在不同沙尘粒径下的散射特性进行了分析; 基于粒子尺寸的对数正态分布模型, 计算了沙尘条件下红外波段(0.76~10.6 μm)激光的传输衰减率。结果表明: 在沙尘条件下, 7.4~8.0 μm这一波段附近的传输衰减最小, 并且明显低于其他波段。因此, 可以选用7.4~8.0 μm这一波段的激光进行沙尘条件下的激光通信, 其传输性能会明显优于其他波段。最后, 以波长1.064 μm为例, 分析了“能见度”随粒子浓度的变化关系, 并与蒙特卡罗方法的计算结果进行了比较。

根据三维重建理论，基于目标的多角度视图，重建了目标表面的三维点云。利用德洛奈三角剖分法结合可见性原理，得到了目标的曲面和曲面面元的法线方向。根据粗糙面散射理论和目标表面的双向反射分布函数(BRDF)，结合大气传输软件Modtran计算的某时间、地点的背景光谱辐射亮度，数值分析了目标光谱散射亮度分布特性。以覆盖车衣的汽车为例，重建的三维几何模型误差为4.11%，数值计算了目标在三个波段的光谱散射亮度分布。上述方法可以进一步用于卫星和其他空间目标的光谱辐射、散射特性研究。