星载单光子激光雷达以超高灵敏度和超高重频的优势，在海洋探测领域展现了广泛的应用前景。雷达系统中的单光子探测器件具有极高的灵敏度，可以探测光子量级的回波信号，同时也极易受太阳背景光噪声影响。由于背景噪声直接影响激光雷达的工作性能，还会对星上原始的数据量产生影响，在卫星系统设计阶段，对噪声强度的准确估计至关重要。本文综合考虑大气后向散射、水面反射及水体后向散射的贡献，建立了一个星载单光子激光雷达海洋噪声的估计模型。以全球首个对地观测星载激光雷达ATLAS为例，在输入系统参数和环境参数后，模型估计的噪声与ATLAS实测噪声误差在15%以内，证实了该噪声模型的正确性。

星载光子计数体制激光测距雷达系统具有高重频、高精度等显著优势，但也面临原始数据量大且噪声数据占比过高的问题。为适应星上数据通道的传输能力，需压缩原始数据量并保障信号光子的查全率，因此必须发展以硬件为主体的实时去噪算法。本文提出一种粗精结合的快速去噪算法，首先基于激光器发射脉宽、系统噪声率、目标特性以及接收光子事件的局部密度信息进行粗去噪，剔除部分噪声光子；再利用直方图统计，对保留的光子事件进行精去噪，确定信号光子区间及最终的信号光子及其时间信息。通过蒙特卡洛仿真和ICESat-2实测数据对算法进行验证，测试结果表明，本算法查全率大于94%、查准率大于93%、调和平均值大于94%，运行效率提高了10%。算法可以实现光子事件的快速实时去噪，为星上硬件实时去噪处理提供了理论基础。

为了拓宽蓝相液晶的应用范围，构建多功能化蓝相体系平台，本文将具有聚集诱导发光（AIE）特性的液晶TPE-PPE引入蓝相液晶体系，围绕复合体系的荧光性能展开研究。一方面，系统研究并归纳了手性添加剂含量对蓝相液晶相转变行为和光子带隙位移情况的影响；另一方面，探究了蓝相液晶对AIE分子荧光性能的影响，提出了相关荧光增强效应的假说。实验结果表明，不同手性添加剂体系的蓝相Ⅱ的温域范围基本一致，且反射带隙随着温度的降低发生蓝移；而蓝相Ⅰ的温域与手性密切相关，体系中仅存在蓝相Ⅰ时，其反射带隙随温度的降低而红移。蓝相液晶体系对AIE分子有一定的荧光增强效应，并且在整个蓝相温域内，蓝相Ⅰ的反射带隙红移，体系的荧光强度明显增强。由此得出结论，TPE-PPE分子在一定程度上参与了蓝相液晶体系的自组装。由于TPE-PPE 分子在双螺旋柱结构中的受限运动，导致其荧光强度增强。随着蓝相Ⅱ的消失和蓝相Ⅰ光子带隙的红移，更多TPE-PPE分子参与到双螺旋柱的自组装中，体系的荧光发射增强。

针对光频梳下变频信号接收过程中存在的频率信息丢失问题，提出了一种基于频率-相位映射的信号频率恢复方法，该方法使用可调光纤延迟线在两路光频梳变频链路之间产生一组固定已知的时延，时延在信号原始频率与下变频信号相位差之间建立映射关系，利用该映射关系可以从测得的相位差计算出信号的原始频率。分析了时延值等参数对频率恢复的影响，估计了该方法对相位测量不确定度的限值要求，最后给出了该方法具体实施方案中关键参数的设置策略。所有下变频信号的相位差可以通过快速傅里叶变换等数据处理一次性得出，因此该方法的时间代价和计算成本几乎不随着信号个数增加而增加。在不考虑下变频信号混叠的情况下，本文所提出的方法在理论上对处理信号的数量没有限制，因此相比于已有的光频梳下变频信号频率恢复方法，在多信号频率恢复方面更具有优势。