在深空探测中，以微波为载体的通信、测距载荷面临链路损耗大、频谱资源紧张等问题。相比微波，激光光束发散角小，能量更为集中，可达更远的传输距离，以激光为载体的通信、测距载荷具有体积小、质量轻等优势。搭建了一套激光相干外差扩频通信测距一体化深空探测系统，提出了一种基于曲线模型的插值重采样方法，并对该曲线模型进行了理论仿真和实验验证。该模型由系统先验信息构建，是伪随机码相位差的线性函数。实验结果表明，对于静态目标，测距偏差不超过0.55 mm，测距精度不超过0.42 mm。对于动态目标，测距偏差不超过0.59 mm。静态和动态目标测距中实现了零误码通信。此外，扩频通信测距一体化设计应用于深空导航和深空时频同步，可以提高实时性。

在卫星物联网 (IoT)场景中, 随着终端数量不断增加, 频谱资源日益紧张。传统的随机接入技术频谱利用率较低, 使得传统随机接入协议不适用于未来卫星 IoT的高并发业务需求。同时, 卫星通信链路长, 开放性强, 难以保证特种终端信号的安全性。对此, 本文提出一种适用于卫星 IoT的混合随机接入方案。该方案引入重叠传输的容量提升与安全性优势, 利用扩频码对瞬时功率谱密度的控制能力, 构造功率域非正交接入条件, 并通过接收端的迭代分离实现稳健接收。对本文所提方案的吞吐量性能进行闭式解推导分析与计算机仿真, 结果表明, 与传统的随机接入协议相比, 所提方案可提高系统吞吐量。同时, 相较于常用信号隐藏方法, 所提方法利用常规接入数据包的功率优势, 强化了波形隐藏效果, 提升了特种信息接入的安全性。

在太极计划中，三颗卫星将构成边长为300 万km的三角形星座。为完成卫星间的信息交互，需要在星间干涉链路中加入激光通信。笔者从太极计划星间通信的需求出发，基于目前的相位计系统，提出了太极计划星间激光通信方案及系统参数的设计。为验证所设计参数的合理性以及通信系统的性能，基于自研板卡，搭建了电子学模拟系统及光学验证系统。在发送端将通信码与伪随机码以直接序列扩频的方式调制至激光相位，通过激光链路将信息发送至接收端，并采用锁相环及延迟环对其进行解析，完成通信功能。测试结果表明，所设计的通信系统参数较为合理，能够与相位计系统有效融合，在通信速率为19.5 kb/s的条件下，通信系统的误码率优于10^-6，可为太极计划的相关参数设计提供参考。

针对混沌扩频时延估计中，使用现有方法运算结果峰值旁瓣比较低，且存在误判点较多，低信噪比导致线缆故障信号时延估计困难的问题，提出三阶累积量一维切片结合二次相关的时延估计新方法。将该方法应用于混沌时延估计中的Simulink仿真模型中，仿真结果表明，与现有的基本互相关、二次相关方法相比，该方法不仅可以在较低的信噪比下获得良好的估计效果，而且可以抑制相关背景噪声和非高斯噪声的干扰。其运算结果相比基本互相关运算结果主峰值旁瓣比绝对值增加了1.70 dB以上，误判峰值与故障点峰值比减少了0.133以上。该方法为混沌扩频检测光缆故障及其电缆故障提供了一种新的技术途径。

针对波分复用-无源光网络(WDM-PON)的系统可容纳用户量问题，为扩大系统的容量和速率，同时保证光纤的带宽需求，文章提出了一种基于混沌扩频的光码分多址波分复用无源光网络(OCDMA-WDM-PON)系统方案，分析了Henon混沌序列作为地址码的初值敏感性、自相关和互相关等特性，并通过Matlab仿真平台分析了Henon混沌序列与Logistic混沌序列、光正交码(OOC)关于系统误码率(BER)性能的对比，验证了混沌序列在通信系统中作为地址码的可行性和优越性。实验结果表明，混沌序列作为地址码具有性能良好、用户数量大、不易被复制且容易产生地址码的优势。

LoRa是低功耗广域物联网的主流备选技术，差分双正交编码线性扩频(DBO-CSS)调制则是该技术的物理层传输方案。为了解决DBO-CSS技术在典型物联网场景中面临的快速同步捕获、低信噪比可靠接收等关键难题，基于NI公司的通用软件无线电设备(USRP)搭建了一套支持多用户接入的LoRa系统作为实验平台，采用仿真和空口测试相结合的方法，提出了基于改进匹配滤波器的同步算法和基于2D-Rake接收机的分集方案两项关键技术并完成性能验证。实验结果表明，改进的同步算法对准确度有所提高，而2D-Rake分集方案能使接收机获得约3 dB的信噪比增益。

为解决传统多调制指数连续相位调制(Multi-h CPM)实现复杂度高和调制指数同步困难的问题, 提出一种软扩频Multi-h CPM信号设计方法。利用单调制指数软扩频获得Multi-h CPM类似的相位轨迹和性能增益, 伪码捕获的同时实现调制指数同步；推导了软扩频Multi-h CPM欧氏距离表达式, 搜索获得了h=5/7时的最小欧氏距离, 与直接序列扩频单调制指数CPM(DSSS Single-h CPM)信号相比, 至少可获得0.5 dB的欧氏距离增益。基于极大似然序列检测(MLSD)的同步解扩解调算法, 仿真了h=5/7的软扩频Multi-h CPM误码性能, 与DSSS Single-h CPM信号相比, 在BER=10–5时, 可获得1.5 dB性能增益, 且性能优于美军WGS系统和ARTM Tier II系统采用的Multi-h CPM信号。

提出了一种基于直接序列扩频的可见光通信系统，扩频通信的方法以香农信息论作为理论基础，对可见光通信系统中扩频通信理论进行了分析，理论分析结果表明扩频通信方法可以缓解可见光通信系统的多径损耗，并且提高可见光通信系统安全性。对基于直接序列扩频的可见光通信系统进行了仿真，仿真结果表明系统性能相比直接检测系统有一定提高，扩频通信技术对提高可见光通信系统可靠性具有实际的意义。

针对长码直接序列扩频卫星信号信噪比低、多普勒频率影响明显、码周期长等特点, 提出了一种非合作情况下长码直扩卫星信号载频检测和功率估计的方法。该方法通过在本地NCO中加入多普勒频率一阶导数信息来抑制多普勒频率的影响; 在检测电路中加入“超前-滞后”结构, 以防止频率测量值在频率及其一阶导数构成的二维平面上沿脊线发生偏移,并利用最小二乘方法对频率进行预测,以减小搜索范围。仿真结果表明, 所提方法能够较好地减小多普勒频率引起的估计偏差, 检测信噪比达到-21 dB。

为了提高光学加密系统的传输效率和安全性, 提出了一种多二值图像光学加密技术。该方法加密时采用数字方法和光学方法联合实现, 解密过程可采用纯光学方法实现。加密时, 首先将待加密图像乘以不同密钥进行频谱扩展, 再进行算术叠加生成复合图像。然后将复合图像置于联合变换相关器的输入面上进行光学加密。解密时, 需要在频率域利用光阑从复合图像中提取出每一幅原始图像。理论分析和计算机仿真表明, 该多二值图像光学加密技术系统结构简单, 图像复用容量巨大, 具有较高的安全性。