在激光引信中，云雾后向散射会产生引发虚警的回波信号。基于蒙特卡罗法对云雾回波信号进行了模拟仿真，并在云雾室内开展了测量实验，利用测量结果对理论模型进行了验证。研究结果表明: 当发射脉冲宽度小于10 ns时，云雾散射回波展宽效应显著，且展宽效应主要是由多次散射产生的; 激光回波的实验测量结果与理论计算结果吻合得较好，都近似为高斯波形，且其回波宽度的差别小于6%，回波功率差别小于30%。

为了给空间光通信的瞄准捕获跟踪链路的设计提供参考，实验研究了强湍流区的大气闪烁时间平滑效应，并考虑大气闪烁和瞄准抖动误差，分析了空间光通信的跟瞄链路的强度起伏统计规律；在此基础上，分析了时间平滑对链路衰落起伏的改善作用。实验研究结果表明，随着曝光时间的增加，强湍流区的大气闪烁起伏幅度减小，当曝光时间达到几十毫秒时，强湍流区的大气闪烁起伏服从对数正态分布；在确保空间光通信系统的链路跟踪中断概率小于10^－3以下，采用时间平滑可以使所需的衰落冗余减少15dB～20dB。

在考虑大气闪烁、静态瞄准误差和瞄准抖动的影响下,导出了大天顶角和小天顶角传输链路的强度起伏概率密度函数,给出了跟踪中断概率随衰落冗余变化的关系表达式;最后分析了最佳的光束发散角,并对概率密度分布规律和跟踪中断概率随衰落冗余变化的规律进行了模拟分析.结果表明,对于上行和下行链路,光束发散角与瞄准抖动误差均方值的最佳比值为4和6.在最佳光束发散角下,要想确保链路跟踪中断概率小于10-3,上行链路需要10 dB的衰落冗余,下行链路需要3 dB的衰落冗余,克服了星地光通信中强度起伏对链路跟踪稳定性的影响,保证了在跟踪过程中链路所需要的衰落冗余.

为了减小大气闪烁对自由空间光通信的通信性能的影响,基于光信号的对数振幅序列服从联合高斯分布特性,提出了一种最大后验概率算法,给出了随时间变化的判决阈值.模拟结果表明,此算法可以有效减小大气闪烁对通信性能的影响,降低其误码率.

2006年上半年进行了距离为3 200 m的光束传输实验,对到达角起伏进行了24 h昼夜观测.实验中,每分钟进行一次连续测量,每次以1 kHz的信号采样频率连续采集10 s,得到10 000个到达角起伏实验数据,并反映了0.2～500 Hz频段的信息.根据高采样频率下的到达角起伏昼夜观测数据,分析了到达角起伏效应,并通过到达角起伏时间平滑因子,对曝光时间的平滑作用进行了研究.昼夜观测实验结果表明:在天气阴霾、能见度低的情况下,到达角起伏会显著减小;在强湍流区,到达角起伏出现饱和效应,在弱湍流区,到达角起伏的强度随着湍流强度的增加而增强;到达角起伏幅度随着曝光时间的增加而减小,由归一化协方差拟合关系得到的时间平滑因子计算结果与实验直接分析得到的结果一致.

基于修正Kolmogorov谱,运用相位结构函数的平方近似,导出了适用于大天顶角传输的到达角起伏方差及其功率谱的解析表达式.研究结果表明,新导出的方差表达式在任意天顶角都是适用的.散射盘尺度和接收孔径对到达角起伏起平滑作用,当接收孔径远大于散射盘尺度时,由于孔径平滑作用,导出的表达式在任意天顶角都可以近似为弱起伏理论给出的结果;当接收孔径小于散射盘尺度时,散射盘尺度的平滑作用明显,接收孔径的平滑作用相对较小,传统的到达角起伏理论仅在小天顶角是适用的,在大天顶角必须用新导出的方差表达式.当接收孔径D＜25 cm时,弱起伏理论给出的表达式的适用范围被限制在小于50°～70°的天顶角内.

为了精确实现对空间物体的测量,提出了利用线激光、单CCD相机、小孔成像与激光面约束模型的激光线测量法.引进三维信息已知的标准阶梯块作为激光面约束的标定块;由计算机控制摄像头对实物连续拍摄和实时处理,提取激光线上的像素坐标;利用建立的模型将二维坐标转换成三维坐标,再以点云的形式重构出物体,实现三维自动测量.实践中检测系统测量精度可达到0.05mm.

基于修正Rytov理论,导出了适应于强湍流起伏区的光束漂移方差表达式,分析了湍流外尺度、有效散射区域尺度和光束束腰对光束漂移的影响,并与实验结果进行了比较.结果表明,相对于基于指数模型的光束漂移方差表达式,基于修正Rytov理论给出的表达式的计算结果能更好地与实验结果吻合.当光束束腰大于有效散射区域尺度时,不发生饱和效应,导出的表达式与传统理论给出的表达式一致;当光束束腰小于有效散射区域尺度时,光束漂移的幅度不随Rytov方差的增大而明显变化.

基于修正Rytov理论,导出了适用于强湍流区的无限平面波和球面波的到达角起伏方差表达式及其功率谱表达式,分析了散射盘对到达角起伏的影响.研究结果表明:导出的方差表达式在弱湍流区也适用,随着Rytov方差的增加到达角起伏趋于饱和;高频功率谱的下降速度随着散射盘尺度的增加而增加.

利用大气闪烁的时间平滑效应,增加光电探测器曝光时间是克服大气闪烁对大气光通信的瞄准、捕获、跟踪链路影响的有效途径之一。基于科尔莫戈罗夫谱,导出了弱湍流起伏区无限平面波和球面波的大气闪烁时间平滑因子的一般表达式,并且用几何光学近似得到了在大孔径和小孔径接收情况下的时间平滑因子近似表达式。在孔径远大于菲涅耳区尺度时,平面波和球面波的时间平滑因子的近似表达式与精确表达式的误差分别小于6%和3%。分析结果表明,孔径越小,时间平滑效应越显著,并且菲涅耳区尺度对时间平滑效应影响的程度也随着孔径的增加而减弱。