大气湍流的随机变化对星地激光通信性能有所限制，高速激光通信对瞬时湍流特性的描述提出新的要求。基于剪切干涉法对大气相干长度进行直接、实时测量。通过测量经过大气扰动的畸变光波前的剪切相位分布，利用满足各态历经随机过程条件时，相位结构函数的时间平均等于系综平均的特点，结合Fried相位结构函数，得到实时的大气相干长度。采用波长为635 nm的光波进行1.2 km距离实验，成功测得了大气相干长度，并通过对比实验验证了其可行性，解决了在高速激光通信中，传统的测量大气相干长度方法在时间累积和统计分析方面的限制。

在星地激光通信中，大气湍流影响光接收波面，增加通信误码率。采用差分相移键控（DPSK）体制，通过当前码元信号光与延时1 bit的码元信号光干涉得到数据信息。在高码率通信的情况下，由于大气扰动对前后码元信号光的波面影响基本相同，可以通过干涉时波面相位相减得到差分信息。在此基础上，用菲涅耳衍射理论，分析入射光信号在自由空间差分干涉结构中的衍射传输过程。数值模拟仿真过程中，模拟探测波前像差对干涉系统性能的影响，通过对探测端零差效率的分析，验证了自由空间差分干涉结构解调光信号可以在一定程度上克服大气湍流效应对光信号相位信息的扰动。从理论上给出了自由空间差分干涉结构解调光信号的使用条件和结论。

研究了激光雷达远距离探测时信号光的空间相干特性和接收口径尺寸对外差探测的归一化载噪比RnCN和视场角Ωf的影响。采用激光雷达远距离探测模型，给出部分相干光探测时RnCN的一般表达式和相应的接收理论。进一步数值模拟分析显示：当高斯型本振光斑尺寸大于接收口径大小时，RnCN达到饱和状态；空间相干长度和口径半径的增加都能提高RnCN，但会导致Ωf的降低。在理论和数值模拟的基础上，提出RnCN和Ωf的乘积正比于λ2，且此关系不受回波信号相干特性的影响。最后给出Hufnagel-Valley 5/7湍流模型下探测高度和地面距离对RnCN的影响。

合成孔径激光成像雷达（SAIL）的主要技术指标如光学足趾尺寸和成像分辨率等都必须在所设计的远距离传输后实现。提出了一种在实验室空间近距离实现SAIL全系统贯通验证的方法，即在SAIL中附加光学装置使得其在近距离产生发射光束的准几何投影和足够大的外差接收视场，从而产生近距离二维SAIL成像必需的并且适当的光学足趾和方位向二次项相位历程。给出了一种Φ300 mm口径合成孔径激光成像雷达演示样机的主体结构和光学附件装置的设计方案，实现了实验室空间近距离演示验证，给出了在14 m传输距离上的二维SAIL成像动态演示的结果，实验测得光学足趾达到22 mm×22 mm，成像分辨率优于1.4 mm（方位向）×1.2 mm（距离向）。

可调谐激光器产生的非线性啁啾相位误差会降低合成孔径激光成像雷达(SAIL)的距离向分辨率。已有的补偿算法中使用的相移公式存在估算误差,外差脉冲补偿方法也存在补偿误差。由理论推导得到适合于实际有限数据的相移公式,对理想相移公式产生估算误差的物理原因进行了分析。建立了条带扫描模式下星载SAIL的计算机仿真模型,并对两个相移公式的估算误差、整体补偿和逐一扫描滤波补偿两种方法的补偿误差进行了模拟。仿真结果验证了理论推导结论。最后,给出了减少SAIL非线性啁啾补偿算法中估算误差和补偿误差的方法。

提出了一种基于双色光照明的单曝光同轴数字全息技术。在红绿蓝三色中,任选两种波长的光来照射物体,采用彩色CCD记录双色同轴全息图,然后经过三基色分离数字处理,可得到两幅不同波长的同轴全息图。用角谱衍射理论对该技术进行了分析,表明在降低物参光振幅比的条件下,通过对同轴数字全息图求自然对数,可近似得到衍射物光及其共轭之和,其误差与物参光振幅比有关。取两幅不同波长的同轴数字全息图,经自然对数处理后,用传递函数可以很好地重构出物体图像,给出了具体的数字处理算法。用仿真实验,模拟了该技术的全息记录和处理过程,得到重构图像的峰值信噪比(PSNR)为14.2 dB。结果表明该方法可以去除孪生衍射像干扰,可以实现清晰的单曝光同轴全息成像。最后,分析了再现像中噪声产生的原因。该技术可用于基于同轴全息的实时成像与动态测量。

A novel one-shot in-line digital holography based on Hilbert phase-shifting is proposed. By weakening the ratio of object wave to reference wave and applying natural logarithmized operation on the in-line digital hologram, the real part of object wave can be well extracted. Then utilizing Hilbert transform to digitally realize \Pi/2- phase shift, which would make it possible to reconstruct the object wavefront from a single-exposure in-line digital hologram. Preliminary experimental results are presented to confirm the proposed method. This technique can be used for real time imaging or monitoring moving objects.

合成孔径激光成像雷达发射的信号一般为线性啁啾激光信号, 然而激光器的实际扫频特性会产生二次及高次等非线性项。非线性项的存在会造成相位误差, 导致距离向成像聚焦模糊, 降低距离向成像分辨率, 因此必须对光源的非线性啁啾进行补偿。因此提出非匹配参考通道匹配滤波算法对非线性啁啾相位误差进行克服。仿真结果显示, 距离向图像可以得到较好压缩。同时, 还分析了参考通道长度及非线性贡献比例等不同参数环境下的距离向压缩效果。

合成孔径激光成像雷达理论上可在几千千米处获得厘米量级的分辨率，在距离向和方位向分别通过对线性调频信号和相位历史的脉冲压缩得到理想的分辨率。受可调谐激光器本身性能限制，实际应用中并不能得到理想的线性调频信号，需要在成像算法中对非线性啁啾引起的相位误差进行补偿。通过介绍近年来国外的合成孔径激光成像雷达实验，重点分析了非线性啁啾的补偿方法，对比和讨论了已有方案，最后对非线性啁啾补偿方法进行了总结和展望。