为了充分利用相位调制信号中的多普勒频移信息,将相位调制信号的直流和拍频分量中的鉴频参量相结合,构造出一个新的鉴频参量。在理论和实验上,通过依次比较表明新鉴频参量继承了相位调制拍频信号振幅多普勒频移测量方法的特点和优势,相比之下,测量动态范围约提高1倍,测量精度约提高6倍。为了有效利用闲置的回波信号光功率,提出了基于新鉴频参量的双边缘相位调制多普勒频移测量方法,在理论上证明其可将测量灵敏度提高1倍。

光控相控阵(OPA)不需要机械转动即可实现光束在空间内的扫描,在激光测距以及自由空间光通信等领域具有广阔的应用前景。硅基光电子集成技术可在芯片上实现光电子器件的大规模集成,并与互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路工艺技术完全兼容,以其制作的光控相控阵具有扫描速度快、体积小、成本低、功耗低等特点。目前报道的利用硅基光电子集成技术制作的相控阵,最大的横向扫描范围为80°,最大的纵向扫描范围为36°。简述了硅基光电子集成相控阵的扫描原理,并对国内外最新的研究成果进行了分析总结,最后指出此种技术实用化过程中亟待解决的关键问题,并提出了一些可以提升性能的方案。

基于激光雷达的航天器相对位姿测量技术已成为故障航天器在轨捕获与维修、空间垃圾清除等空间操控活动开展必不可少的关键技术之一。针对这一技术,阐述了国内外研究现状; 然后,描述了相对位姿测量技术原理,并重点介绍了点云配准方法; 最后,进行了航天器模拟器的相对位姿测量精度仿真验证。结果表明: 基于激光雷达的航天器相对位姿测量技术方法合理可行,测量精度高,可满足近距离操控中相对导航任务需求,对国内后续开展工程应具有较大参考价值。

建立了满足激光辐照人眼安全要求的便携式生物气溶胶短程遥测系统, 用于实现有人员活动区域生物战剂气溶胶的实时预警监测。以高频调制的405 nm半导体激光器为激发光源, 200 mm口径的卡塞格林望远系统为信号光收集系统, 搭建了基于伪随机调制的便携型生物气溶胶激光雷达短程遥测系统。该系统具备平行偏振散射、垂直偏振散射光探测, 以及450 nm和530 nm两个波段荧光探测等四个同步探测通道。以枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和酵母菌为样本对该激光雷达系统进行了初步测试。外场试验表明, 该生物气溶胶遥测系统的空间分辨率为1.5 m, 荧光通道的探测距离为100 m; 3种被测生物气溶胶种类识别的回代误报率分别为9%、11.5%和14.5%, 交叉误报率为11.3%。该遥测系统的激光能量低于激光辐照人眼安全标准的要求, 基本实现了生物气溶胶的甄别。

大气风场的测量对****、天气预报、航空航天等都有重要意义，目前我国缺乏有效的大尺度风场的综合探测能力。激光雷达(LiDAR)是迄今为止唯一能够直接获得三维风场廓线的测量工具，提出的天基相干多普勒激光雷达利用光外差探测技术获得激光多普勒频移信息，求取被测对象的径向速度分量，较之传统的非相干激光测风雷达，具有时-空分辨力高、灵敏度高的优点，特别是在体积、重量、功耗上拥有突出优势。阐述了天基相干激光测风雷达的原理与方法，分析了其中的关键技术，并对未来激光测风雷达的天基实现可行性和应用前景进行了展望。

介绍了基于法布里-珀罗(F-P)标准具的多普勒测风激光雷达(DWL)的基本工作原理,给出了DWL 的典型探测数据:对影响DWL 风场探测数据精度的因素进行了深入的剖析,主要包括背景光强度、探测器的工作状态、发射激光的频率锁定、种子激光器的工作环境温度、转场或温度骤变对接收机引起的形变等因素:背景光过强会导致系统信噪比急剧降低,探测器饱和将会处于非线性工作状态,进而生成无效数据,发射激光失锁将会导致风廓线平移,种子激光器工作环境温度不恒定将会导致激光跳变等现象,影响因素逐一克服后,DWL与探空气球的风速偏差在1.4 m/s以内、风向偏差在2.2°以内.

受激拉曼散射是扩展激光波长的重要方法，但是气体中非线性光学过程对受激拉曼光的影响非常复杂，实验研究受激拉曼光与气体气压及拉曼池耦合透镜焦距的关系是实际应用受激拉曼光的重要手段。设计了受激拉曼实验装置及其测量系统，采用Nd:YAG 激光器的四倍频激光266 nm 作为抽运源，活性气体（H2、D2及H2/D2混合气体）分别被密封在长为100 cm 的拉曼管中，输出的拉曼激光由棱镜分光后用能量计采集保存用以研究拉曼散射特性。给出了H2、D2及H2/D2混合气体的各级Stokes和反Stokes受激拉曼激光能量与气体气压及透镜焦距的关系。获得了217.84~447.15 nm 之间的12 条激光谱线，有效地扩展了拉曼激光的应用范围。研究结果对气体受激拉曼光的实际应用具有十分重要的价值。

为了去除布里渊雷达系统中 Fabry-Perot标准具的谱线展宽对谱特征参数测量精度的影响, 本文提出了一种双参数拟合结合单参数拟合的方法。该方法首先根据 F-P标准具的谱线展宽原理, 采用双参数 L-M算法进行拟合, 分析了拟合参数中拟合向量初始值和最大迭代次数对拟合精度的影响; 然后针对其中一个拟合参数结果不稳定的问题, 选择附加一个单参数拟合来提高测量精度。实验结果表明, 该方法可以使谱特征参数测量精度稳定在 MHz量级, 保证了 0.1℃的温度测量精度。

大气气溶胶和卷云对地球大气之间辐射收支平衡有重要的影响，主要表现在它们的直接气候效应、间接气候效应以及它们之间的相互作用。为了深入研究大气气溶胶的微物理特性和卷云的物理性质，开发研制了三波长拉曼偏振激光雷达系统，它由发射、接收、控制与数据采集子系统组成。该激光雷达系统具有探测波长多、探测范围大、时间和空间分辨率高、灵敏度高和数据可靠等特点。由该激光雷达的数据可以反演355、532、1064 nm 3个波长上的后向散射系数，355 nm和532 nm两个波长上的消光系数以及532 nm波长上的退偏振比。个例研究结果表明该激光雷达系统数据可靠、可以对气溶胶和卷云进行微物理性质的探测研究。