高光谱分辨率激光雷达(High Spectral Resolution Lidar, HSRL)系统利用窄带滤波器将激光雷达回波信号中的大气粒子(云或气溶胶)散射和分子散射成分分开, 提升了云或气溶胶光学特性的反演质量。提出了一种基于HSRL探测原理的HSRL回波信号模拟方法, 其原理是利用CALIPSO云/气溶胶消光系数产品和数值天气预报数据被用来仿真星载HSRL 532 nm回波信号。两种典型的窄带光谱滤波器: FPI(Fabry-Pérot Interferometer)和碘吸收滤波器, 作为分子通道滤波器的性能通过仿真的星载HSRL回波信号进行分析。对三种典型: 晴空、卷云、气溶胶(两层厚云)的HSRL回波廓线进行详细的敏感分析表明碘分子吸收滤波器的性能明显优于FPI滤波器, 其中碘吸收滤波能保持可以忽略不计的相对偏差(<4.0×10-3%), 这是由低光学厚度(<1.0)的粒子后向散射效应引起的。但是, 如果FPI滤波器的粒子后向散射透过率能保持在10-3水平以下, 其仍不失为是一个好的选择。

为了研究沙漠、草地等具有连续分布特点的自然地物对星载激光测高仪回波特性的影响，以菲涅耳衍射理论为基础，建立连续地面物理模型，采用网格划分的方法，对地面平均高度以及地面高度均方差对回波形状、功率和脉冲宽度等特性的影响进行了数值模拟研究。结果表明，若地面高度均方差一定，地面平均高度的变化不会引起脉冲回波信号的变化，而地面高度均方差的变化会直接导致回波信号的变化。

激光瞄准系统主要存在的瞄准误差是偏移误差和抖动误差，解决好这两种误差可以使光束能够准确瞄准目标物体，并且在传输过程中减少信号的损失.介绍了一种新的光束瞄准技术，该方法建立在光束远场光强的高斯分布和光束抖动的高斯分布基础上，利用回波信号的统计得到视轴的偏差，精度可以达到5 μrad，而且不需要目标自身返回瞄准信息，也无须对目标进行扫描，试验成功验证了这种方法的可行性.

差分吸收激光雷达回波信号统计模型是研究差分吸收激光雷达系统的基础，但是现有的统计模型中均没有考虑大气湍流导致的激光闪烁对回波信号的影响。针对已有统计模型的缺陷和应用需要，综合考虑了大气湍流导致的激光闪烁、目标反射斑纹、接收噪声以及发射功率波动对回波信号统计特性的影响，提出了一种改进的长程差分吸收激光雷达回波信号统计模型，分析了该模型的统计特性。仿真结果表明大气湍流导致的激光闪烁对回波信号统计特性的影响十分显著，同时也验证了该统计模型比已有统计模型更精确、更符合实际。

讨论了由激光束生成的环状干涉条纹用于目标成像的原理和使用匹配滤波器的处理方法,推导得出相应的点扩展函数(PSF).模拟计算了主旁瓣峰值比和偏心量与相位量的关系,分析了偏心量对成像质量的影响.结果表明,适当的偏心量有利于提高环状干涉条纹成像的分辨率,又不致于产生对点扩展函数有影响的旁瓣.

分析环状条纹干涉成像的信号提取方式,用计算机模拟目标二维图像的重建方式,研究干涉环中心在照明场中心的位置对点扩展函数的影响,并用实验论证上述影响.