研究了逆向调制光通信回波反射链路中的大气湍流效应及抑制方法。利用相位屏方法模拟大气湍流效应, 建立了弱湍流情况下高斯光束在传统无线光通信和逆向调制光通信中的传播模型, 对比分析了高斯光束在传统自由空间光通信单向链路和逆向调制光通信双向链路中大气湍流引起的闪烁指数。结果显示大气湍流对逆向调制光通信回波反射链路的影响远大于对传统自由空间光通信中单向链路的影响。还研究了孔径平均效应对逆向调制光通信中回波反射链路中闪烁指数的影响。结果表明, 对于逆向调制光通信, 大的接收孔径对于大气闪烁的抑制依然有效。

为了评估孔径平均效应对空间激光通信系统性能的影响，理论分析和数值计算了激光通信系统中传输链路的统计特性，包括闪烁指数、衰落概率、衰落次数和平均衰落时间。结果表明：随着接收天线孔径的增加，传输链路的闪烁指数降低、衰落概率减小、衰落次数减少、平均衰落时间缩短，孔径平均效应使得通信系统性能得到提升。由于强湍流条件下湍流尺寸小，因此孔径平均效应明显。

基于大气湍流影响下的空间相干光通信系统模型和孔径平均效应的平面波模型，通过数值模拟研究了弱光强波动条件下孔径平均效应以及大气湍流内外尺度对相干光通信系统误码率和接收孔径直径最优值的影响。研究结果表明：孔径平均效应能够有效减小相干光通信系统的误码率，改善系统性能；原始信噪比越高，传输距离越短，波长越长，相位补偿模式的J值越大，接收孔径直径越接近最优值，孔径平均效应对误码率的改善效果越明显；孔径平均效应会影响接收孔径直径的最优值，相位补偿模式的J值越大，影响越明显；系统误码率和接收孔径直径最优值会随着大气湍流内尺度的增大而相应增大，随着大气湍流外尺度的减小而相应减小。研究结果将为空间相干光通信系统设计提供必要的理论依据。

接收孔径可以有效地改善无线光通信链路的误码率性能。文章从孔径平均效应出发，比较了圆环接收孔径和圆形接收孔径的平均因子差异，进而分析了其对通信系统误码率的影响。仿真结果表明：当接收孔径D＜8 cm时，两种形状的孔径平均因子存在较大差异，误码率的相对误差较大；而当D≥8 cm时，两种形状的孔径平均因子基本相等，误码率的相对误差较小，基本上可以忽略。

基于光闪烁的孔径平均效应,研制了测量大气折射率结构常数的大口径激光闪烁仪(LALS)。该仪器在一定程度上实现了闪烁饱和现象的抑制。仪器采用对称式结构布局,同时采用调制解调方法提高信噪比,并以嵌入式控制单元完成对数据的采集、处理、显示和存储。与传统仪器设备的测量结果相比,在1000 m的水平传输路径上两者的线性拟合系数为1.01,相关系数为0.92; 进一步分析表明,大气湍流内尺度会对闪烁方差的测量产生影响,从而导致大气折射率结构常数的测量结果略显离散。

利用弱起伏条件下球面波在大气湍流中传输的光强起伏(闪烁)理论和圆环孔径滤波函数,获得了圆环孔径平均因子的精确表达式。将圆环孔径平均因子关于一个无量纲参量(孔径半径与菲涅耳尺度的比值)拟合成2阶多项式,再找出多项式系数与孔径内外径之比的函数关系,获得了圆环孔径平均因子关于该参量和孔径内外径之比的函数关系式。通过误差分析确定了拟合关系式的适用范围,在此范围内,拟合式与精确式的相对误差小于25％。分别用Tatarskii谱和修正Hill谱分析了湍流内尺度对圆环孔径平均因子的影响,结果显示:在其他条件不变的情况下,内尺度越大,孔径平均效应相对越小。

理论分析了湍流介质中一定孔径内光强起伏(闪烁)的频谱特征,在6.8 km的大气传播距离上同时测量了激光在针孔和??260 mm孔径内的闪烁,根据两者功率谱特征的对比分析结果以及两者闪烁均方差间的关系,指出孔径平均效应可以在一定程度上消除激光大气闪烁的饱和效应,从而可以利用孔径平均效应在临界强起伏条件下测量湍流强度.