针对差分吸收相干激光雷达在 CO2浓度反演时对信号的高信噪比需求，研究了一种基于 Golay脉冲编码的差分吸收相干激光雷达及其解码方法，以改善系统信噪比，降低浓度反演误差。分析了采用脉冲编码技术对传统大气后向散射信号相干探测信噪比的编码增益，研究了编码增益随本振光功率、编码长度和 3 dB耦合器分束比的变化规律，本振光功率越高、分束比偏离 50%越多，则编码增益越低，且在实际系统中，存在最优的编码长度。当本振光逐渐增强时，热噪声对系统的影响逐渐降低，相干探测系统存在最优的本振光功率，该功率与回波无关仅与系统的噪声水平有关。脉冲编码后最优本振光功率相对于单脉冲探测时下降，但其探测信噪比仍优于单脉冲探测，当 3 dB耦合器分束比为 0.495时，最优本振光功率为 0.93 mW。脉冲编码后，系统对 CO2的有效探测距离增加，且在 104～1010范围内进行脉冲积累时，相较于原系统距离增长率大于 15%。

针对相干激光雷达远场回波信号信噪比低，提取困难的问题，提出了脉冲编码技术，以改善系统信噪比，增大雷达探测距离。研究了相干激光雷达系统中Golay码的编码和解码原理，理论分析了采用脉冲编码技术对系统信噪比的提升效果。基于大气分层模型仿真生成了相干激光雷达时域回波信号。基于Golay码解码原理得到了脉冲编码系统的风速结果，仿真结果表明，时间分辨率为1 s，距离分辨率为60 m的情况下，使用Golay编码脉冲作为相干激光雷达的探测脉冲，在0~5.3 km范围，风速误差小于3 m·s-1。在相同的测量时间内，相比于传统脉冲相干激光雷达，基于脉冲编码技术的相干激光雷达将探测距离提高了2.5 km，提高了远场弱信号的信噪比。

针对传统单脉冲布里渊光时域反射系统信号微弱、性能提升受限的问题, 提出了一种雪崩光电二极管(APD)检测器本地外差检测的格雷(Golay)编码布里渊光时域反射系统。分析了Golay码应用于该系统的编解码原理及系统外差检测原理, 讨论了光纤受激布里渊散射阈值对编码系统平均入纤功率的限制, 推导了系统信噪比的数学表达式, 研究系统信噪比与APD倍增因子、编码长度的关系, 分别得到了APD最佳倍增因子和系统最佳编码长度的表达式。MATLAB仿真结果表明, 选用带宽为500 MHz的APD光电检测器和峰值功率50 mW、脉冲宽度100 ns的入纤脉冲时, 系统APD倍增因子和编码长度均存在最佳值, 系统最佳编码长度的确定不仅依赖于系统的散粒噪声和热噪声功率, 还由光纤受激布里渊散射阈值共同决定。经优化计算得, 该系统的APD最佳倍增因子为5, 最佳编码长度为128位时, 在25 km光纤末端的系统信噪比比传统单脉冲系统提高了26.42 dB, 温度和应变分辨率分别达到了1.60 ℃和35.48。

鉴于布里渊光时域分析(BOTDA)传感系统中空间分辨率和传感距离存在相互制约的关系，提出了一种结合格雷(Golay)编码技术与差分脉冲对(DPP)技术的混合编码方法。该方法结合了Golay编码可提高系统信噪比以及DPP可改善系统空间分辨率的优点，相对于Golay-BOTDA的DPP方法能进一步提高系统信噪比,理论上在相同采样次数下信噪比可提升6 dB。实验结果表明，采用改进的混合编码可以在25 km光纤末端获得1.6 m的空间分辨率。同时，与基于Golay-BOTDA的DPP方法相比，在相同的采样次数下系统信噪比提升了4.08 dB。

针对布里渊光时域反射(BOTDR)光纤传感系统对传感距离和信号检测的要求，提出了一种基于Golay 编码和Simplex 编码的混合G-Simplex 编码技术，并混合使用G-Simplex 编码与叠加平均算法对BOTDR 信号进行了处理。结果表明，该方法在保证系统空间分辨率的情况下，采用一定的编码长度提高了系统的信噪比，增加传感距离；在去噪效果相同的情况下，可以增强脉冲响应强度，大幅度减少平均叠加次数，降低弱信号检测的难度。