为了研究量子阱结构对半导体环形激光器阈值电流的影响,从F-P腔激光器的振荡条件出发,分析了半导体环形激光器的阈值电流密度与量子阱结构参量的函数关系,并推导出最佳量子阱数的表达式.利用器件仿真软件ATLAS建立环形激光器的等效模型,仿真、分析了不同工作温度下,量子阱数、阱厚及势垒厚度对阈值电流的影响.结果表明,阈值电流随量子阱数和阱厚的增加先减小后增大,存在一组最佳值;在确定合适的量子阱数和阱厚后,相对较窄的势垒厚度有助于进一步降低阈值电流;采用GaAs/AlGaAs材料体系和器件结构,其最佳量子阱结构参量为M=3,dw=20nm及db=10nm.

由于激光光束在降雨中传输时会产生雨滴的后向散射, 引起定距系统的虚警、失效等.以几何光学散射理论为基础, 建立雨滴后向散射模型并计算不同降雨条件下的后向散射系数, 结合工程应用计算不同降雨条件和传输距离下的系统信噪比, 分析雨滴后向散射对系统信噪比的影响.计算结果表明, 传输距离一定时, 系统信噪比将随着降雨率的增大而减小, 暴雨中衰减率高达11%; 在相同降雨条件下, 作用距离从10 m增大至15 m, 信噪比衰减率达到46%以上.降雨大小和作用距离是影响系统信噪比的重要因素, 为脉冲激光定距系统在降雨环境下的目标识别以及高抗干扰性能的优化提供了依据.

由于水雾会使激光信号产生严重的衰减, 从而影响激光引信探测的应用, 本文着重研究了绿激光在水雾中传输的衰减特性。首先, 基于Mie散射理论, 建立了水雾对0.532 μm绿激光光束的传输衰减模型; 然后, 通过仿真计算, 对比分析了激光在不同能见度水雾下的衰减特性; 最后, 通过水雾模拟实验验证了衰减模型的准确性。理论分析和实验结果表明, 激光光束的衰减明显受水雾能见度的影响, 并随着能见度的降低而增大; 0.532 μm激光在水雾中的穿透率较高, 能见度在50 m时可以达到60%以上。实验测得的光能量的透射值与计算值基本一致, 最大误差在4%左右, 证明了水雾衰减模型的正确性。得到的结果为绿激光在水雾环境下的目标探测系统中的应用提供了理论和实验依据。

激光引信在降雨中工作时会受到雨滴的散射和衰减效应，使光束质量变差，回波能量减小，从而影响探测系统的性能。以蒙特卡罗方法为基础，给出了激光在降雨中的传输模型，分析不同模拟条件下光束的扩展特性，并进行实验测试。由仿真分析可知，雨滴对光束的散射作用导致光斑扩散，从而光束能量密度减小，并且随着降雨强度、传输距离和光束发散角的增大，光子散射次数增多，光斑直径扩大，到达接收面的光子减少，光束能量衰减。实验测试结果与仿真计算基本一致，最大误差不超过4%，很好地验证了模型的准确性。

红外热成像系统的输出图像非均匀性比较明显，成像模糊，因此研究针对红外图像的锐化增强算法，具有比较重大的意义。一种新的红外图像组合边缘算法在软件仿真上的有效性已经探讨过，在此基础上，对算法稍作改进，重点探讨该算法在硬件实时图像锐化增强上的有效性。为此，设计 FPGA+SRAM的硬件结构，探讨该算法在硬件系统上的实现方法，分析该算法在硬件平台上的实施效果，比较该算法在软件仿真和硬件实现上的实施效果。图像经过该锐化算法实时处理后，轮廓得到加强，易于识别图像目标。验证了改进锐化算法的有效性。

降雨会对激光信号产生严重的衰减，从而给激光目标探测的应用带来一定影响。激光在降雨中的传输衰减已在红外波段做了大量的实验研究，而可见光波段激光在雨中的传输衰减特性还未见报道。基于夫琅禾费衍射和几何光学散射理论，建立雨滴对532 nm绿激光和1064 nm近红外激光光束的传输衰减模型，对比分析两波长激光在不同降雨量下的衰减特性，并通过实验测试验证衰减模型的准确性。理论分析和实验结果表明，两波长的散射损耗差别微小，但雨滴对1064 nm激光的吸收作用明显，透射率低于532 nm，这为绿激光在降雨环境下目标探测系统中的应用提供了一定的理论和实验依据。

红外图像增强技术是夜视技术领域一项重要内容。由于红外热成像系统的输出图像成像模糊且非均匀性明显，研究针对其图像的锐化增强算法具有重大意义。重点探讨了图像增强中的锐化算法，深入分析了现有算法在实现过程中锐化增强与大量引入噪声的矛盾根源，在大量仿真实验基础上，提出了一种有效的改进算法。改进算法取得了良好的实验效果，减弱了图像非均匀性对锐化的影响，较好的解决了图像锐化增强与噪声加重这对矛盾