基于多普勒效应的相干激光雷达广泛应用于测风等大气探测领域，实际应用于风场观测时，由于噪声杂波干扰、回波信号较弱和风场不均匀性等影响了多普勒频移估计的精度。为准确估计激光雷达弱回波信号中的多普勒频移，提升相干测风激光雷达的探测距离和探测精度，文中开展了基于激光雷达功率谱信号的多普勒频移估计算法以及探测性能提升的评估研究。在快速傅里叶变换的基础上，提出了一种结合线性预测频谱估计与导数增强方法的功率谱分析方法，通过与常用的最大似然离散谱峰值频移估计算法(ML DSP算法)进行比较，验证了文中方法在相干测风激光雷达微弱信号频移估计过程中的优势。风速数据的时间及空间相关性分析结果表明，功率谱分析方法具有更好的风速估计稳定性，有效风场探测距离相较ML DSP算法提升了73%。与超声风速计对比结果表明，文中提出的综合算法在弱信号情况下的风速测量精度高，风速结果与超声风速计的标准偏差相较ML DSP算法降低了0.23 m/s，偏离率BIAS降低了0.3 m/s，有效提高了低信噪比范围内多普勒频移估计的精度。

绝对距离测量的精度对于航空航天科技、精密装备加工、卫星编队、行星空间定位等领域具有重要意义。近年来，基于可调谐激光器的扫频干涉（FSI）测距技术以其突破2π模糊度、无测量死区、不接触且不依赖导轨等优点成为国际研究热点。文中在阐述FSI测距原理的基础上，简要分析了测距系统中部分器件的类型与性能，如可调谐激光器、探测器等，以及影响测距系统不确定度的因素，包括非线性扫频、多普勒频移、色散失配等方面，着重介绍了国内外对影响不确定度因素的相应补偿方法，并对补偿后的测量结果进行对比与总结。

针对激光聚变冲击波速度测量的需求，设计了一种集被动式扫描高温计和主动式冲击波速度测量于一体的复合冲击波速度测量系统。通过采用多种耐辐射光学玻璃材料，实现了共用光路的400~700 nm耐辐射消色差设计；通过采用自动控制干涉仪简化了系统操作；主动测速系统通过切换不同焦距的中继成像镜头，实现了不同放大倍率的切换。系统的物方视场为φ2.0 mm，主动式测速系统的放大倍率为10×，20×，30×，静态实验干涉条纹平直，调制度达到0.69以上，物方分辨率达到4.72 μm。该系统在激光聚变装置上能够实现冲击波速度的动态测量。

红外甚高光谱分辨率探测仪（AIUS）是高分五号（GF-5）卫星的主要载荷之一，它通过太阳掩星观测实现多种大气痕量气体垂直分布信息的获取，准确的光谱定标是其数据定量反演的关键和基础。针对AIUS超高的光谱分辨率、无配套星上光谱定标设备的问题，提出基于大气吸收特征谱线的多谱线线性拟合算法，通过多普勒频移修正、多谱线筛选、准确谱峰位置确定等关键技术提高其在轨光谱定标精度，并在GF-5卫星成功发射后，围绕AIUS开展了一系列的光谱定标和精度分析工作。结果表明：该方法可实现AIUS的高精度光谱定标，MCT和InSb通道的平均谱峰绝对偏差分别为0.004 37cm^-1和0.003 89cm^-1，均小于痕量气体反演应用要求的0.008 cm^-1。