激光多普勒测速仪(LDV)能够实现载体速度的高精度测量, 从而满足航空航天领域对高精度导航的需求。目标速度测量是建立在回波信号成功检测的基础上进行的, 因此微弱多普勒信号检测是LDV的关键技术。根据光频段噪声频谱特性, 提出了对有用信号频率进行带阻滤波、利用剩余噪声强度估计总体噪声强度的方法, 设计了频域内基于噪声强度估计的自适应阈值信号检测算法。通过与传统的固定阈值算法的对比仿真和实验, 表明该方法具有更好的探测性能, 能够在保持较低恒定虚警概率条件下实现对高于信噪比为-9 dB信号的完全检测, 具有抵抗噪声强度的起伏变化、算法简单、适用性强等特点。

为了减小随机误差和野值对车载激光多普勒测速仪测速精度的影响，提出了一种自适应卡尔曼滤波算法。以“当前”统计模型为基础，结合车载测速仪实际特点建立了系统的状态空间模型，并利用速度观测值与预测值之间的偏差进行加速度方差自适应调整，同时根据卡尔曼滤波算法中新息的正交特性和速度估计误差，给出了能够剔除野值并实时反映路面特征的观测噪声方差自适应算法。仿真结果表明该算法的滤波收敛速度和估计精度都明显优于“当前”统计模型算法,实验结果证明该算法能够显著提高测速仪的测速精度与稳健性。

为了减小激光多普勒自主测速仪天线安装误差引起的测速误差,以多普勒频移原理为基础,通过旋转矩阵的复合变换推导出测速误差与安装误差间的函数关系,分析了三个安装误差角对三维测速精度的影响,并对旋转矩阵采用Bursa模型线性化后在整体最小二乘准则下给出安装误差角的最优估计,从而实现测速误差的补偿。仿真结果表明: 测速误差随速度的增大而增大,影响纵向、横向测速精度的主要因素是偏航角,影响垂向测速精度的主要因素是纵倾角,补偿后三维测速误差显著减小。

激光多普勒测速系统可实现空中运动平台的速度测量，平台的姿态测量误差是影响其测速精度的重要因素。为实现运动平台三维速度的测量，以相干探测原理为基础，设计并搭建了全光纤三光束激光多普勒测速系统，建立了运动平台三维速度测量的数学物理模型，对系统测速相对误差进行了数值模拟研究。研究结果表明，姿态测量误差对测速精度的影响不可忽略；随着俯仰角度的不同，俯仰误差与旋转误差对测速精度的影响程度会发生变化；测速精度与旋转误差呈线性关系，而与俯仰误差存在着非线性关系。研究结果可为激光多普勒测速系统的设计以及速度修正提供理论依据。

多普勒激光雷达因测速精度高、无测速误差积累等特点而成为现代组合导航中的重要设备。为了提高车载三波束多普勒激光雷达的系统探测性能，采用 Oren-Nayar模型仿真分析了波束照射角度与回波功率之间的变化关系，并研究了系统信噪比和测速灵敏度随波束照射角度的变化关系，综合考虑了波束照射角度对三者的影响，给出水平偏转角和天顶角余角的选择范围。通过实验对比天顶角余角为53°和24°时的测试结果，验证了分析得到的角度选取范围的合理性。

为了可以同时测量车辆的纵向和横向速度，提出了一种基于Janus配置的三光束激光多普勒测速仪(TLDV)。给出了TLDV的测速模型和测速公式，对其测速的相对误差进行了理论分析和数值仿真。结果表明：TLDV对车辆颠簸、摇晃不敏感，测速误差只受上下颠簸角的影响，与左右摇晃角无关；当车辆上下起伏速度一定时，测速误差随着上下颠簸角的增大而增大，当上下起伏速度为0.2 m/s，颠簸角为10°时，测速误差小于0.3%。最后，给出了一种TLDV光束方向的最佳配置方案。

为了减小光纤的色度色散对光纤正交频分复用（OFDM）系统性能的影响，提出了将无线通信中的信道估计器引入光纤OFDM系统进行信道估计的色散补偿方法。在理论上分析了光纤的色度色散对于传输OFDM信号的影响，并在实验中采用梳状导频的形式，在每个OFDM码元的特定的子载波上插入导频，在接收端通过基于最小平方（LS）原则的LS估计器进行信道估计，得到了OFDM光纤传输的信道幅度响应和相位响应，通过使用LS估计器，直接调制的光OFDM信号在单模光纤中传输200km，误比特率低于10-6，功率代价小于2dB。结果表明，高频子载波较低频子载波更容易受到色散的影响，在光纤OFDM系统中引入信道估计器进行信道估计能够有效补偿由色度色散带来的相位偏移和幅度衰减。