为解决现今激光制导**指示器指示效率低下、单次指示集群目标能力差等问题,从光束偏转控制和光束角度放大技术的原理出发,以液晶相控阵和多路复用体全息光栅为控件,设计了可用于多目标指示的大角度激光光束偏转控制系统;分析了影响液晶相控阵光束偏转特性的参数的选取规则,确定了大角度光束偏转系统的设计方法,模拟了激光多目标指示系统的指示过程,并对系统误差来源和误差修正方法进行了理论分析和仿真。结果表明:该系统可以快速地对光束实现最大偏转角度为15.63°的二维准连续、可编程控制的偏转;误差修正方法可有效提高激光光束的指示精度,使误差角度下降50%左右。所提出的激光多目标指示系统的设想,可实现对二维平面内多目标的准连续、准同时的精确指示,可为激光多目标指示器的设计提供参考。

为了分析液晶相控阵空间光调制特性与驱动电压之间的关系, 根据液晶连续体弹性形变理论, 提出一种基于非线性最小二乘差分迭代求解液晶指向矢空间分布的方法。该方法利用液晶材料的电光特性, 以阈值电压时的液晶指向矢分布作为初始值, 通过非线性最小二乘法推导在驱动电场的作用下液晶指向矢的空间分布情况, 以及稳定状态时液晶相位延迟与驱动电压之间的相位调制特性曲线。最终通过实验完成了理论验证, 控制液晶相控阵的驱动电压, 实现对远场光束指向的偏转控制。利用驱动电压直接求解电位移矢量, 为后续指向矢与电位移耦合迭代提供初始值, 不仅减少了计算量, 而且更加符合液晶分子在实际电场作用下的运动过程, 减少了模型误差。结果表明: 在系统的终止误差为1.0×10-8时, 不同电压下的迭代时间均值为0.33 s; 在驱动电压为5 V的情况下, 该算法与差分迭代相比, 液晶分子倾斜角的角度误差精度提高了0.09 rad。

液晶相控阵作为一种新型的可编程相位调制器件，可实现小角度范围内的光束偏转。但由于液晶相控阵制作工艺难度大、且受温度及大气扰动等影响，使得光束偏转系统实际偏转角与预期偏转角之间存在一定误差。为了提高液晶相控阵光束偏转精度，本文提出了一种基于分数阶PIλDμ控制器的光束偏转闭环控制回路。CCD作为探测元件，接收待测物体漫反射回来的光。采用斜射式三角测量法，计算预期偏转角与实际偏转角的偏转误差。将误差信号输入到分数阶PIλDμ控制器，控制器生成控制信号传给被控对象液晶相控阵，最终实现光束精确偏转。经仿真实验和性能分析，系统阶跃响应测试经过2步迭代达到稳定输出状态，闭环带宽为7.67 rad/s，对幅值为1、频率为1的正弦扰动信号系统抑制比为-1806 dB。验证了分数阶PIλDμ控制算法能够快速地抑制扰动和噪声，且扰动抑制效果好，稳定性高。

为了解决液晶光学相控阵实际偏转效率远低于理论水平的问题，分别从迭代次数和衍射效率两个方面，将蝙蝠算法与粒子群算法进行了对比。仿真结果表明，蝙蝠算法的优化效果良好，迭代速度快于粒子群算法的，且在相控阵的波束优化方面具有良好的应用前景。

提出一种相干激光聚焦式传输进行相干合成的方法。通过液晶相控阵波束方向控制技术, 可以在目标区域内的任意位置进行相干合成。基于实际参数, 建立相干合成理论模型, 在此模型下5束相干激光在距离为100 m、坐标为2 m的位置进行相干合成后, 激光的峰值光强增加到单束激光的16.9倍。研究了目标区域内不同位置的峰值光强变化规律, 分析发现光束抖动的直接原因是出射激光的相位面产生畸变, 深层原因是电压量化引起的相位延迟误差。量化位数小于16时, 增加量化位数可以显著减小位置误差, 提高峰值光强；量化位数大于16时, 量化位数不再是位置误差的主要原因。传播距离大于5000 m时聚焦式相干合成可等效为平行式相干合成, N束激光合成后峰值光强接近单束激光的N2倍。

结合相干合成理论与液晶相控阵波束控制技术，提出了一种基于液晶相控阵阵列的激光相干合成方法，可以获得一维方向上一定角度范围内具有任意波束指向的合成激光。阐明了相干合成理论，并从波束指向、合成光强和波束质量三方面对合成激光进行研究。研究发现，波束指向误差的产生原因是阵列干涉项的极大值非连续，提出了通过增大阵列间距减小波束指向误差的办法，筛选得到了使合成激光的峰值光强与理论值相符的特殊波束指向点，即电极干涉项与阵列干涉项的极大值重合点。仿真表明，这种相干合成方法对激光的波束质量有提高作用。最后通过基于1 × 3 、2 × 2 液晶相控阵阵列的相干合成实验得到了波束指向分别为0° 、0.17° 、0.34° 的合成激光，证明了理论分析的正确性和基于液晶相控阵阵列的激光相干合成方法的可行性。

在液晶相控阵中，由于电压量化、边缘效应、液晶器件制造工艺等因素的影响，导致实际的波前相位面与理想的波阵面存在误差。因此，在应用中要依据实际出射相位与理想出射相位的偏差，反复地修正加载电压，对入射激光波前进行相位调制，以此来满足视场域内波束扫描的需要，这也是液晶相控阵波束控制技术研究的关键问题。为解决上述问题，提出了一种波前相位恢复算法。该算法利用三个输出面的幅度信息迭代计算出波前相位分布，相比只用两个输出面幅度信息的相位恢复算法，该算法具有较高的精确度。同时，该算法利用角谱理论处理输出面的光场传播过程，使得所得到的恢复结果更加精确。仿真实验进一步表明，这种算法在精确度、效率上同时具有优势。

液晶相控阵技术通过对光束波前进行控制，实现一定视场范围内高精度、任意角度的光束偏转。研究了基于多孔干涉原理和随机并行梯度下降算法实现光束偏转的方法，并通过对这两种方法进行数值仿真，实现对远场目标的指向，重点分析对比两者的指向精度和偏转效率。提出了一种新型的光束偏转方法，这种方法能够在整个光束偏转范围内都具有较大的指向精度和偏转效率。