为实现激光导引头高精度光电参数测量, 提出了一种基于雪崩光电二极管(APD)雪崩放大效应的微弱信号放大技术以及基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的全波形采集技术, 研制了一套飞焦量级激光模拟回波光电参数定量化测量装置。测量装置针对微弱脉冲激光回波进行光电转换及多级放大处理, 之后通过高速A/D实现模数转换, 并由FPGA进行全波形信号的存储、处理, 再传递到上位机上, 最后使用标准能量计搭建计量校准光路进行测量装置的能量校准。测量装置实现了脉冲宽度10～100 ns、能量范围40 fJ～1.1 pJ的 1 064 nm波段的脉冲激光能量的测量, 测量重复性不高于2%, 基本满足测试需求。

点测量吸收光谱技术以饱和吸收为基本原理，可有效克服可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)的线测量缺陷，通过探测光束与一同频的饱和光束交叉来提取交叉位置点处的信息，实现具有毫米级空间分辨能力的点测量。本文对点测量吸收光谱技术进行了详细的理论分析，推导了饱和光束和探测光束在任意交叉角度下的饱和吸收系数，分析了饱和参数对吸收信号的影响。同时提出了一种针对微弱吸收信号的调制方法，推导了饱和光束在高频正弦调制下的探测光一次谐波表达式，并通过数值计算得到了验证。研究还表明，不同阶次谐波信号具有相同的半高宽，并且与无调制时的吸收信号半高宽一致，因此利用多次谐波叠加可进一步提高谱线宽度测量的信噪比。

针对锁模激光器微弱回波信号探测的需求, 提出了一种基于高速相关采样和在线实时并行累加处理算法相结合的方法, 对传统的模拟取样积分方法进行了改进, 可实现无参考信号条件下的实时数字累加检测。设计并实现了一套基于该方法的锁模激光器微弱回波信号检测原型系统, 使用12 bit@900 MSPS模拟-数字转换芯片(ADC)ADS5409对经光电转换之后的锁模激光回波信号进行波形采样, 并利用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片Kintex-7实现对ADC的控制及在线数据处理。系统测试结果表明,对于重复频率为8 MHz、平均功率为0.04 nW的锁模激光回波信号, 通过在FPGA内进行16 000次脉冲波形精确累加,可实现信号的有效检出, 且从波形采集完毕到输出检测结果的延时小于100 ns, 达到了高度的实时性。经900次重复实验, 检测效率达到100%, 且无“虚警”情况发生。

被动式静电探测设备通过探测空中运动目标周围的静电场, 获取目标的有关信息, 具有结构简单、隐蔽性强、抗干扰性好及反隐身的优点。基于静电探测理论的电场探测系统通过探测空中目标周围的静电场, 得到目标的信息, 通过阵列式摆放静电探测设备, 还可对空中目标的方位进行近似推算。文中开展了对空中运动物体静电信号的特性分析, 确定了静电探测的方法, 并进行了信号检测电路的原理设计, 最终通过计算仿真对静电探测器探测效果进行了验证。

在前人工作的基础上，分析了干涉探测的基本工作原理；采用波动光学理论、平面波近似和非相干叠加等方法对干涉探测技术进行了理论分析和数学建模，并通过计算机仿真验证了该技术的可行性。通过与传统光电探测技术的比较发现，干涉探测技术更适用于在强天光背景下对暗弱目标的搜索。

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的分析灵敏度会明显受到等离子体中电子轫致辐射的影响。由于电子轫致辐射的弛豫时间一般比原子辐射的弛豫时间短，因而可以采用时间分辨的信号检测技术来提高信号与背景之比。采用带有一种简单的新门控电路的光电倍增管来检测LIBS 中的信号并以更高的分析灵敏度分析了铝合金样品中的铜杂质。该门控光电倍增管对背景的抑制比可达15∶1。铝合金中铜的检出限达到了1.02×10^-6，与不采用门控技术相比有明显改善。这种门控的光电倍增管可以用于降低LIBS 技术中背景辐射的影响，同时改善LIBS 的分析灵敏度和空间分辨本领。

为解决1 fJ～1 pJ脉冲激光能量的测量问题，提出了一种基于时域波形积分的飞焦级脉冲激光能量测量方法。该方法采用光电倍增管（PMT）获得飞焦级脉冲激光的响应信号，该微弱响应信号经放大、校准与激光脉冲时域波形积分后实现飞焦级脉冲激光能量测量。根据该方法设计了飞焦级脉冲激光能量测量装置，并分析了该装置的测量不确定度。实验表明，该装置实现了波长1 064 nm、脉冲宽度5 ns～1 μs、能量范围1 fJ～1 pJ的脉冲激光光源的能量测量，测量不确定度为15.8%。

为了提高全光式石英增强型光声光谱(QEPAS)珐珀解调系统的微弱信号检测能力,设计了一种基于MAX274的有源带通滤波电路和基于AD620的前置放大电路对信号进行预处理,同时利用LabVIEW设计了正交矢量型数字锁相技术的信号处理模块。实验结果表明,该方法能从强背景噪声中获得比较微弱的光声信号,在常温常压下对空气中的水汽含量进行探测,得到其归一化噪声等效吸收系数为1.37×10-6 cm-1 W/Hz1/2。该方法具有结构简单、价格低廉、便于操作和控制、实用性强等特点。

采用IQ（正交）双路参考信号实现数字LIA（锁定放大器）的微弱正弦信号的检测，利用稀疏分解将原子库的原子对作为参考信号，利用MP（匹配追踪）算法来搜索过完备原子库的最优原子对，并通过该原子对判断最佳相位角，从而合成最优原子。由该最优原子可以估计得到输入有用信号，从而检测估计出输入信号中的有用正弦信号。与单路数字LIA相比，该方法计算效率更高，计算速度亦成倍提高，且继承了单路数字LIA的优点。

在激光惯性约束聚变(ICF)受激散射光能量信号的检测中，背景噪声的存在严重影响了有用信息的提取。针对该问题，设计了一种新型的可变参数放大滤波电路(VPAFC)，并在降噪源分离(DSS)技术的基础上提出了一种信号降噪方法。采用硬件程控放大、带宽可调滤波以及软件降噪处理相结合的方式，既实现了微弱信号的增益可调放大，又有效抑制了有用信号频带外的噪声和频带内的结构化噪声。为测试所设计电路及噪声抑制算法的有效性，构建了微弱光能量信号检测装置和相关的数据采集系统。实验结果表明，该检测方法不但能程控放大微弱信号，而且当信号低至2 μV时仍能在输出端使信噪比保持在不低于40 dB的水平。