综合利用微波辐射计、风廓线雷达、自动气象站、温度脉动仪及历史探空资料等多源测量数据可实时估算整层大气光学湍流。本文通过构建实时大气参数廓线，计算边界层高度，在边界层和自由大气层分别采用指数递减模式和Dewan外尺度模式估算大气折射率结构常数（Cn2）廓线，拼接后积分实现了大气相干长度（r0）的实时估算，并与相干长度仪实测r0进行了对比。通过误差分析可知，r0的模式估算值与实测值在大气层结不稳定状态均方根误差最小，相关性较好，在稳定和近中性状态均方根误差较大，相关性较差，尤其在近中性状态均方根误差最大。研究结果表明，利用多源大气测量数据，采用分层估算的方法实时估算整层大气光学湍流是可行的，具有一定的工程应用价值。

宽带、圆偏振的宏微脉冲激光能够有效地激发大气中间层钠原子，为自适应光学波前探测提供较多的回波光子数。在二能级光学Bloch方程的基础上，考虑不同大气湍流模式下激光光强在大气中间层的分布，通过数值模拟的方法，计算三种大气湍流模式下的钠信标回波光子数，然后根据经验确定大气相干长度的范围，估算宏微脉冲激发钠信标回波光子数的平均值，所得的平均值与实验测量值比较接近。由于宏微脉冲激光与钠原子作用可以忽略反冲、下抽运、地磁场等因素的影响，因此可以用计算有效截面的方法估算钠信标回波光子数。但是由于这种方法没有考虑激光的偏振态、光束质量因子以及光强的随机分布对钠原子激发态概率的影响，导致计算结果偏小。

采用光传播数值模拟的方法，研究了长脉冲、短脉冲和连续波圆偏振激光传播至钠层并激发钠信标回波光子的分布及变化情况，并比较了Greenwood和Hufnagel-valley5/7（HV5/7）两种大气湍流模式下回波光子在钠层的分布及光子数的差异。结果表明相对于Greenwood湍流模式，长脉冲、短脉冲和连续波圆偏振激光在HV5/7湍流模式下传播至钠层的光强分布分散性增强且光强分布的峰值受到削弱；长脉冲和连续波激光与钠层作用可激发更多的回波光子，但是短脉冲激光却不能激发更多的回波光子。而且在两种湍流模式下短脉冲和连续波激光激发的光子数分布与光强分布具有很好的一致性，而长脉冲激光激发的光子数分布却没有这种特点。