采用功率谱反演法模拟了同轴叠加产生的双拉盖尔-高斯涡旋光束（Double Laguerre-Gaussian Vortex Beam，DLGVB）在海洋湍流中传输时的光强和相位分布，仿真分析了DLGVB光束在不同海洋湍流参数下的闪烁指数以及在基于开关键控调制的水下光通信系统中的通信误码率。结果表明，随着湍流动能耗散率的减小，盐度温度波动平衡参数、温度方差耗散率及传输距离的增加，闪烁指数逐渐增加；随着湍流动能耗散率以及拓扑电荷差值的增加，误码率减小。在海洋湍流环境下，使用DLGVB光束进行传输可以抑制海洋湍流带来的干扰，选择最佳的拓扑电荷差值，可以有效提高传输通信质量及通信系统容量。本文研究结果对涡旋光束及其叠加态在海洋湍流下传输特性研究及水下光通信系统持续扩容的发展需求方面具有重要的参考价值。

针对海洋港湾海水强吸收和高散射的特性，文章利用蒙特卡洛方法仿真研究了激光在浑浊港湾海水中的传输特性。文章在一定的光波长、光能量和发散角下，量化分析了水质参数和传输距离对激光的功率、脉冲响应以及光斑质量的影响。研究结果表明，激光在浑浊港湾海水中传输时，随着衰减长度的增加，光功率的衰减特性保持一致，且光功率的衰减速度不符合比尔定律所描述的线性关系。在相同的水质条件下，光脉冲的宽度和光斑的尺寸随着传输距离的增加而增大，但是当传输距离从20个衰减长度传输至30个衰减长度时，光脉冲宽度基本不变，光脉冲展宽量的变化小于1 ns，此时光斑尺寸持续增大。另外，在相同的衰减长度处，光脉冲和光斑的展宽量随着水质衰减系数的增大而减小。

针对湍流对水下成像系统的影响，基于Yao折射率起伏功率谱，推导了平面波的波结构函数，完善了水下光学成像模型，其优势在于将难以测量的微观参量如动能耗散率和温度耗散率，用平均温度和平均盐度等宏观参量代替。数值仿真了不同平均温度与平均盐度条件下水下湍流通过改变波前，进而对成像系统调制传递函数产生影响。仿真结果表明，平均温度与平均盐度升高，均会造成系统成像质量下降，进一步研究发现平均盐度增加，不同空间频率的调制传递函数值均线性下降，且下降幅度基本一致；随着平均温度升高，调制传递函数值线性下降，且高频成分的调制传递函数值下降得更快。为验证成像模型的正确性，设计搭建了3 m长的水下光学成像实验平台，利用相机记录分辨率板透过湍流的成像情况，得到不同平均温度与平均盐度条件下的调制传递函数曲线。对比实验与仿真结果发现，在平均温度10 ℃~30 ℃与平均盐度0 ppt~30 ppt范围内，对比度随平均温度与平均盐度变化趋势相同。该研究对水下光学成像系统的设计优化及水下图像处理具有一定的参考价值。

激光通信以其带宽大、保密性好、无频谱限制等特点成为构建空天地海全域网络高速通信有效技术途径。相较天基而言，搭载在气球、飞艇、无人机、飞机等平台的空基激光通信系统以其灵活性好、成本低、可维修等特点，成为高保密军用战术网络、救灾应急网络、商用低成本网络的首选。详细介绍了美国、德国、法国、中国等空基激光通信技术最新研究进展和主要项目的参数指标，总结了一对多、轻量化、高带宽等发展趋势和面临的大气信道复杂、背景噪声严重等技术挑战，提出了高动态捕跟、高密度集成、高灵敏度接收等关键技术措施，为空基激光通信技术研究和工程项目研制提供参考。

对红外图像而言，如何在压缩动态范围的同时增强细节、抑制噪声以提升显示效果是一个重要的课题。文中提出一种改进的红外图像自适应增强方法，首先设计了一种参数自适应的引导滤波方法，并基于引导滤波将原始红外图像拆分成基本层和细节层；然后基于像素灰度分布设计了一种新型的自适应阈值的直方图映射方法，以对基本层压缩动态范围并增强其对比度；之后利用自适应引导滤波的线性系数对细节层进行增强并抑制噪声；最后对增强后的基本层和细节层进行自适应融合得到增强后的红外图像。实验结果表明，与对比度受限的自适应直方图均衡方法、基于引导滤波的高动态红外图像增强方法等几种效果相对较好的方法相比，文中所提出的方法处理后的图像细节更丰富，噪声抑制效果更强，视觉效果更好，且该方法适应性更强，无须调整参数即可应对多种观测场景。

针对基于反射式点光源进行在轨辐射定标过程中反射镜法向标校建模不够完善的问题，提出基于反射镜与相机几何模型的反射镜法向标校及矢量控制算法.通过解算模型求解相机与反射镜间的几何误差，建立了太阳图像质心坐标与反射镜法向之间的关系，可实现多点自动化标校反射镜法向，提高镜法向标校及系统指向精度.实验结果表明，利用解算后的几何模型反解不同时刻质心坐标进行多点反射镜法向标校，相机观测太阳像素角分辨率标准误差分别为：X轴方向0.021 65°、Y轴方向0.019 82°，综合角分辨率误差为0.029 36°，优于太阳观测器对反射镜法向标校精度.实现了相机观测太阳取代人工借助太阳观测器观测太阳的自动化镜法向标校，扩展了标校灵活度，系统综合指向精度优于0.1°，为固定实验场联网自动化集中控制不同能级梯度的点光源阵列在轨辐射定标和调制传递函数检测奠定基础.