为解决复杂多变环境下光纤入侵事件因噪声干扰识别困难、误报率高的问题，提出了基于改进的奇异谱分析和遗传算法优化的双向长短期记忆神经网络的入侵事件识别方法。首先，为了减少噪声对识别效果的影响采用改进的奇异谱分析法去噪，对入侵信号及其分量进行迭代奇异谱分析去噪，并利用信号贡献率的大小来确定信号重构的秩阶次，调节信号分量去噪的程度，实现光纤信号的去噪。然后，利用遗传算法优化神经网络结构参数，构建双向长短期记忆神经网络提取光纤信号空间特征，最后基于以上方法对攀爬、跑动、敲击、静态、大风、雨天6种实测信号进行入侵事件识别实验，实验结果表明，在双Mach-Zehnder光纤周界传感系统识别入侵事件过程中，改进的奇异谱分析相比普通的奇异谱分析，去噪信噪比有明显提高，平均信噪比提高了12.79 dB，平均均方根误差略有减少。遗传算法优化的双向长短期记忆神经网络较未优化神经网络平均识别率提高了5.7%，识别准确率最高可达98.1%。

基于逐次阶散射法对矢量辐射传输方程进行求解，考虑了多次散射现象以及地表反射模型，研究了实际天气条件下不同能见度天气中气溶胶的散射偏振特性。基于北京地区2019年较长时间范围内的能见度统计，选取具有代表性的高能见度和低能见度天气。依据AERONET气溶胶宏观和微观数据，采用更能反映地表情况的耦合地表反射模型。仿真得出了不同能见度天气条件下的气溶胶散射光Stokes矢量，进而求得偏振度。仿真结果表明，低能见度和高能见度天气条件下的气溶胶散射偏振特性有所不同。低能见度天气条件下，随着太阳天顶角的增大，向下的1次散射光I、Q、U分量无规律变化，而向下的高阶散射光以及向上的各阶散射光的I、Q、U分量随太阳天顶角的增大而增大。在高能见度天气条件下，各阶散射光的I、Q、U分量变化趋势比较一致，均随天顶角的增大而增大，偏振度也是如此。实际天气条件下的气溶胶散射偏振特性对气溶胶散射偏振特性遥感、气溶胶微物理特性反演具有重要意义。

从能见度定义出发，提出采用SBDART辐射传输模式结合CALIPSO卫星数据求解辐射传输方程，对华北地区斜程能见度进行了详细的仿真与分析。首先，使用SBDART模式结合CALIPSO卫星数据获取实际条件下天空背景辐射亮度。然后，根据斜程能见度探测原理，得到斜程能见度所处区间，进而采用δ-二流近似估计区间内部辐射亮度分布，从而反演得到精确的斜程能见度。结果表明，采用CALIPSO卫星数据结合SBDART模式模拟大气辐射传输过程，计算结果与MERRA-2辐射数据变化趋势一致，相关系数达到0.949；使用δ-二流近似能更加高效地模拟辐射传输过程，且提出方法结果与SBDART模式保持较好的一致性，两者相对误差在14.3%以内；当斜程能见度小于1 km时，使用提出方法反演斜程能见度同经验公式相比误差约为7.1%，且适用于15°以外以及向上观测的斜程能见度探测。

针对低能见度天气条件下的多次散射影响，提出一种根据多次散射激光雷达方程反演斜程能见度的改进方法。首先，根据后向散射峰值拟合散射相函数，采用半解析蒙特卡罗法计算多次散射修正系数m；其次，根据Collis法求解能见度级数值，并将相应m值代入多次散射激光雷达方程；然后，采用Fernald法反演消光系数，求解斜程能见度；使用激光雷达探测不同能见度等级的雾霾和大雨天气回波信号进行实验验证，对所提拟合方法和常用Henyey-Greenstein（HG）函数方法得到的斜程能见度结果进行比较。结果表明，在雾霾天气条件下斜程能见度的结果相差10.9%，大雨天气条件下，斜程能见度相差5.6%。所提改进方法提高了后向散射激光雷达反演斜程能见度的准确性。

为了研究非视距（NLOS）紫外光通信在雾天环境下的通信性能，针对常见的雾天衰减模型不适用于紫外光大气信道衰减的问题，提出一种新的衰减模型，针对多次散射传输模型计算复杂的问题，提出一种非对称因子的简化计算方法，并使用分集接收技术建立单发多收（SIMO）紫外光通信系统。利用Mie散射理论建立雾天紫外光衰减模型，计算两种雾型在不同浓度下的紫外光衰减参量；提出关于雾滴粒径的非对称因子的简化计算方法；使用等增益合并技术将分集接收的信号合并。采用Monte Carlo法分析SIMO紫外光通信系统性能，并与单发单收（SISO）紫外光通信系统作对比。结果表明，分集接收能有效改善雾天的紫外光通信性能：在厚、中、薄三种雾天中，SIMO紫外光通信系统的最远通信距离比SISO通信系统分别大约5，10，10 m；SISO紫外光通信系统误码率为10^-3时，SIMO通信系统误码率可降低到约10^-5。

针对传统大气透射仪收发基线固定、采样空间有限、透过率模型适用性差等问题,设计了一种变基线大气能见度测量系统。该系统的激光发射单元固定,光学接收单元可移动,能在不同基线长度上获得大气透过率。通过测量多点大气透过率并进行最小二乘拟合,得到大气消光系数和大气能见度。在大气能见度分别为200,800,2000 m时,对本系统和传统大气透射仪进行了仿真实验。结果表明,本系统测量得到的大气消光系数均方根误差均低于传统大气透射仪,可以有效减小系统误差和随机误差对测量结果的影响。在大气模拟舱内开展的外场实验也验证了本系统的有效性和稳定性。

针对相位敏感光时域反射仪(Ф-OTDR)信号信噪比过低的问题, 提出了一种基于改进变分模态分解(VMD)结合独立成分分析(ICA)的去噪方法。首先, 采用模拟退火方法(SA)对VMD进行优化; 然后, 采用SA-VMD将预处理后的Ф-OTDR信号分解成一系列本征模态分量(IMF), 并根据相关准则选取IMF分量进行虚拟噪声重构; 最后, 将原始信号与虚拟噪声作为ICA的输入, 去除信号中的噪声, 提高信号信噪比。采用自行设计的相干Ф-OTDR系统进行实验验证, 结果表明, 该方法能够有效去除噪声, 与EMD-ICA和SA-VMD方法相比, 信噪比提高了4dB, 这对系统的实际应用具有重要意义。