为了实现对空间目标的远距离、高分辨率激光一维距离像探测及特性分析，在建立点目标激光一维距离像光外差探测模型的基础上，进一步通过三维建模的方式获取了三维目标的激光一维距离像.比较了圆锥体目标光外差探测获取的一维距离像与其距离分辨激光雷达散射截面、脉冲激光一维距离像之间的区别和联系，分析了目标尺寸、姿态、调频带宽以及表面材质对目标激光一维距离像的影响.实验结果验证了目标一维距离像能够反映目标外形特征，可为目标特性分析及识别提供参考.

激光雷达是对空间目标进行远距离高精度探测、跟踪监视的重要技术手段之一, 基于距离分辨的激光雷达探测系统相比于传统的成像系统, 具有整体结构简单、受大气干扰小等特点。国内外研究机构对该技术领域开展了大量研究, 主要介绍了高分辨率回波探测及反射断层成像激光雷达的发展现状, 总结和比较了国内外在理论算法、仿真分析、实验测试及实际应用等方面的进展, 分析了二者的技术特点, 展望了其发展前景。

为了解决复杂结构和形状的目标进行消隐数值计算时计算量大,精度较低的难点,提出基于OpenGL的目标消隐及可见部分显示方法,启用深度缓冲区进行深度测试,利用计算机图形加速卡在硬件层级迅速实现目标消隐并得到面元距离信息,提高了计算效率和精度,并通过一次光照获取目标面元与探测视线夹角的余弦值。考虑激光脉冲的时空分布特点,结合仿真得到的目标反射率分布,采用卷积模型计算目标的激光回波波形,仿真分析了发射激光脉宽、目标表面材料对目标激光反射层析成像质量的影响。

为了进一步提高激光主动探测系统对光学目标的探测识别能力, 提出了一种利用扫描干涉场将目标的空间分布特征加载到反射光时间序列信号中, 通过反射光时间分布的特征差异在复杂漫反射背景中探测光学目标的新方法。基于马赫-曾德尔干涉光发生体制, 得到了远场干涉图样条纹间距与传输距离、M-Z干涉光发生装置参数和激光波长的关系式。分析了条纹间距对不同目标原路返回点处光强时间分布特性的影响。搭建了演示验证平台, 结果显示, 随着干涉场的条纹间距减小, 光学目标的反射光时间分布峰峰数增多, 峰峰比降低, 而漫反射目标没有明显变化。漫反射目标和光学目标的反射光时间分布的方差、偏度和峰度等统计特征差异明显, 其中峰度值分别为(4.37,62.8)、(4.03,34.97)和(3.91,35.4), 整体相差一个数量级。利用反射光时间分布的包络形态和统计特征的较大差异可快速区分光学目标与漫反射背景。

研究了基于计算机断层扫描的激光反射层析成像技术的相关理论。实际情况下由于目标运动与探测平台振动等原因,非合作目标不同角度的反射投影相对于目标旋转中心存在平移,从而引起不同角度下投影失配,导致投影重建图像出现失真和伪影。采用误差减小、混合输入-输出相位恢复法对投影失配条件下反射层析重建图像进行相位恢复,仿真验证了该算法在投影角度过采样、完全投影与稀疏投影角度下的可行性。

利用物理光学的相关知识、Collins衍射积分公式以及硬边光阑的复高斯函数分解法, 推导得到相干基模高斯光束通过卡塞格伦镜头原路返回点处的反射光时间分布的解析表达式。数值仿真分析了条纹间距和中心遮挡比对卡塞格伦镜头反射光时间分布的影响, 设计实验并对数值计算结果进行验证。结果表明: 随着条纹间距的增大, 卡塞格伦镜头反射光的时间分布峰数目减少, 峰值光强减小, 回波曲线包络中的频率点分量减少; 中心遮挡比的增大将引起反射光时间分布的能量和频率分量的丢失; 随着扫描速度的增大, 回波信号的分布变得密集, 呈现方差减小、偏度和峰度增大的趋势; 卡塞格伦镜头和透射式镜头的回波信号的峰度特征在数值上差异明显, 可以通过回波信号的统计特征区分折反式镜头目标和透射式镜头目标。所获得的结果对激光主动干涉探测识别技术的应用具有重要意义。

介绍了空中目标激光雷达一维距离像的回波模型,分析了影响探测系统性能的因素,仿真分析了大气衰减、接收系统噪声和激光散斑效应对目标成像分辨率的影响。用原理性实验验证了分析结果，得出了结论。基于此给出了建议。

激光主动探测技术在防空反导作战中具有广阔的应用前景，然而飞机、导弹等高速目标的气动绕流场会对探测光束产生严重的畸变效应，针对探测激光在高速目标“猫眼”镜头传输和双重气动流场传输这一复杂物理过程，开展了对光束的畸变传输计算方法研究。分别采用Collins公式和角谱衍射理论对入射和反射过程进行物理光学传输计算；依据光在随机介质中的传输理论对气动流场的湍流特性进行了估计，求得了脉动光畸变光程差(OPD)均方根(RMS)值和远场Strehl比；以半球加圆柱这一典型转台模型为例对计算流体力学和探测光束的畸变传输进行了计算。