围绕减小碎片靶面上光斑尺寸从而提高靶面光强的问题，采用解析方法研究了部分相干脉冲光（PCLP）在非均匀大气中的准稳态自聚焦效应对空间靶面光束质量的影响。推导出了PCLP从地面上行大气传输至空间轨道的束宽、曲率半径和实际焦距的解析表达式。研究表明，准稳态自聚焦效应会导致焦移，从而导致靶面光斑尺寸增大。指出采用准稳态和稳态修正焦距方法可以有效抑制准稳态自聚焦效应，从而减小碎片靶面光斑尺寸。推导出了PCLP的准稳态和稳态修正焦距的解析表达式，并给出了其适用条件。研究发现，采用准稳态修正方法能获得比稳态修正方法更小的靶面光斑尺寸，但稳态修正方法更易实现。

提出了一种利用激光阴影图像探测大气湍流中二维横向风矢量的方法,并开展了数值模拟和实验研究。通过移动无限长的相位屏模拟光传输路径上的横向风,采用基于归一化互相关原理的整像素搜索算法计算激光阴影的移动速度,并分析了路径上的横向风及其非均匀分布对激光阴影移动速度的影响。100 m长的激光阴影成像探测对比实验结果表明,在采样频率足够大时,激光阴影的移动速度与平均横向风速之间满足线性关系。超声风速仪的实测值与激光阴影法的拟合值相关系数达到0.949,这表明利用短曝光激光阴影图像获取路径的平均二维横向风矢量是可行的;且该方法能定量展现激光传输路径上大气湍流涡旋的发展和演化,对于大气湍流风场的遥感监测及相关工程应用具有重要的参考价值。

为了探究激光在自由高空湍流大气中传输的短曝光光斑特性,在云南高美古3200m的高海拔地区,选择远离下垫面的地势条件,开展了532nm固体激光1,2,3,4, 4.7km大气传输光斑成像探测实验。利用4000frame/s采样速率下的短曝光光斑数据,定性地描述了湍流大气中短曝光远场激光光斑的网纹状形态结构以及零星亮点的移动、消散和重构过程,并对激光光斑灰度值进行了定量的统计分析。结果表明:利用二维的光斑图像数据,可以较为方便地获得光强闪烁的孔径平均因子和理想的点闪烁指数,进而得到包括湍流强度和湍流内尺度在内的关键光学湍流参数;同时,也可对激光闪烁频谱、截止频率以及光斑的空间相关特性进行定量的判断。相关数据有助于研究高原或高空长程传输条件下的激光能量在目标靶面上的空间分布及其时间变化特性,为研究激光长程大气传输后光电系统的变化提供了一定的参考。

激光在大气中传输时, 由于大气湍流的存在, 会导致光束漂移和能量集中度下降。校正倾斜像差, 可以提高激光在大气中传输的质量, 而快速倾斜镜正是倾斜像差校正的关键部件。设计了一个基于柔性轴结构的二维压电陶瓷型快速倾斜镜, 采用高压运算放大器PA96制作其驱动电源, 并选用TMS320F2812型DSP芯片作为倾斜镜控制系统的核心处理器, 经实验测试表明, 该快速倾斜镜的偏转范围达到1.8 mrad, 谐振频率为432 Hz, 角分辨力约为0.5 μrad。最后将此系统应用于激光大气传输倾斜像差校正实验中, 实验结果表明, 该系统能够有效提高光斑能量集中度并降低光斑漂移, 可以应用于激光大气传输中对倾斜像差的校正。

在光电扫描系统中,热晕驻区会对激光大气传输能量产生严重的衰减,而热晕驻区出现的概率是由大气 风速风向联合概率决定的。由合肥地区2007年5月至2011年6月的对流层风廓线雷达1 h平均风场数据,根 据最小二乘法原理,分别拟合Frechet、Gumbel和Weibull概率分布,得到拟合参数及相关系数和剩余标准 差,从而比较得到最优分布模型;在上述方法拟合不出较好结果的情况下,由样本数据,根据圆形正态 概率分布的特点,计算出纬向风和经向风平均值和均方差,这样也可以得到风场概率随风速和风向的 关系,从而计算某一风场对应的概率。

为了研究激光束在大气中的漂移情况，对激光束在大气中的传输做了实验研究。采用电荷耦合器件CCD成像技术对光斑的漂移情况进行了测量。对光斑漂移在水平和垂直方向的变化进行了实验研究,并分析了横向风对光束漂移的影响，得到了在不同时刻以及不同传输距离情况下光束漂移情况的实验结果。结果表明,光束随传输距离的增加，垂直和水平方向的漂移量逐渐趋于一致。

利用数值模拟方法研究了高斯光束在弱湍流大气中闪烁的空间分布问题。详细给出了计算闪烁指数的方法，分析得出了闪烁指数空间分布的一般特征：闪烁指数在光轴上最小，随着离开光轴距离的增大而增大。模拟结果与Rytov理论预期的结果基本吻合，从而验证了两种方法的可靠性。

采用激光束主动照明技术,是对远距离暗目标进行成像、定位和跟踪的重要手段, 由于大气湍流等原因, 照明激光束到达靶上会出现光强空间分布不均匀,对成像质Μ和跟踪精度有较大影响。讨论了激光照明效果评价的 主要参数, 提出了采用照明光强起伏功率谱密度作为评价照明光强分布均匀性依据;在建立激光照明大气传输模 型和计算方法基础上,在不同大气参数和光束数情况下对激光照明进行了数值模拟, 得到了目标平面处照明光强 起伏功率谱密度和目标图像, 与实验得到的照明目标图像比较,验证了数值模拟结果的合理性。