激光雷达间的相互干扰是影响无人驾驶安全的核心问题之一。本文提出了一种光跳频（LFH）车载激光雷达系统及其相关测距方法，并通过仿真与实验分析了该LFH激光雷达在不同干扰条件下的抗干扰性能。结果表明，基于相关检测的LFH激光雷达能有效抵抗不同数量和强度的同类型LFH、脉冲、调频连续波和连续波激光雷达的干扰，且在不同类型干扰实验下的测距相对误差小于等于1.5%。这表明LFH激光雷达具备较好的抗干扰能力。

应用于激光陀螺的高反镜在加工安装过程中不可避免地会引入疵病,从而对入射光产生调制作用,引发光散射。为了研究划痕状疵病尺寸发生变化时散射场的变化规律,采用有限元法和多物理场仿真软件建立了高反镜表面截面形状为矩形的单划痕疵病散射模型。通过改变疵病的宽度、深度,分析激光散射场的空间分布变化;用搭建的积分散射测量系统检测不同宽度、深度的疵病,并与仿真结果进行对比。实验结果表明,不同尺寸疵病的散射场变化趋势与仿真结果基本吻合,为高反镜表面疵病的检测工作提供了理论依据和参考。

利用混沌激光互相关峰值实验实现了脂肪乳液内部异质物的检测。在脂肪乳液内放置异质物,以自相关函数具有delta函数特征的混沌激光作为光源,将混沌激光分成两路,一路入射到带有异质物的脂肪乳液内,通过脂肪乳液后经光电探测器接收、输出后作为探测信号;另一路经光电探测器输出,作为参考信号。将混沌激光参考信号与经过脂肪乳液的混沌激光进行互相关,混沌激光的互相关峰值反映了脂肪乳液及其内部异质物的光学信息。结果表明,混沌激光相关检测法具有很强的抗干扰性。

针对远距离激光测距机回波信号脉宽强度特征和噪声的统计特性，提出了一种高精度多脉冲激光测距机的回波信号检测技术。采用时钟移相分配方式实现了400 MHz高速信号采集及数字化处理，提高了回波脉冲的检测精度。采用ARM嵌入式高速核处理器进行数据算法处理，完成了滤波降噪、自适应门限检测和多帧相关检测等功能，使回波信噪比提高了7.6 dB，达到远距离精确获取目标距离信息的目的。

为了获得在2μm波段的百皮秒激光器, 采用主动锁模的方法, 使用Tm∶YLF作为抽运源, 得到了可在室温下工作的输出连续锁模脉冲的主动锁模Ho∶YAG激光器。研究了该主动锁模激光器的输出特性, 并进行了实验验证,取得了脉冲重复频率为82.75MHz、输出最大平均功率为1W、激光中心波长为2097.25nm、斜率效率为13.3%、锁模脉冲宽度约为86.6ps的实验数据。结果表明, 采用主动锁模的方式能获得输出脉宽百皮秒量级的锁模钬激光器。

采用雪崩光电二极管探测微弱激光脉冲回波信号,依据相关检测技术对微弱的激光回波进行处理,从而获得较高信噪比回波信号.首先通过软件仿真验证了该实验方法的可行性,并在实验中采用消光比测量法对激光测距机测距能力进行了测试,将信噪比为-2.1 dB原始信号经过相关检测后提升至10 dB,消光比从原始激光测距模式的30 dB提升至44 dB.实验结果表明采用相关检测方法可以提高激光测距机测距能力及精准度,具有一定实用价值.

阐述了光纤电压互感器的基本原理, 并给出了检测信号的解析表达式。对光纤电压互感器的基本原理进行了理论分析, 分析了常用算法中进行小角度近似所引起的检测误差。提出了无小角度近似的检测算法, 利用贝塞尔函数将检测信号进行展开并结合正交矢量互相关检测方法得出有效信号的幅值、相位。在Matlab/Simulink中完成了系统仿真模型的设计, 进行了仿真分析, 并对输入噪声的影响进行了分析。仿真结果表明,该相关检测方法能很好的区分系统的噪声信号和所探测的光信号,整个系统具有良好的可行性。

针对传统波长位移检测准确度受波长扫描步长限制而无法提升的问题，本文提出一种基于互谱相关原理的粗位移计测与精细位移相结合的计测方法.粗位移计测技术采用相关检测原理，可实现宽动态测量范围;精细位移计测技术采用互谱检测原理，可实现高准确度测量;两者的结合实现了动态范围和检测准确度的同步提升.该方法实现了对光纤光栅的波长位移量的直接计测，而无需对光纤光栅中心波长绝对数值进行标定，减小了系统误差影响;同时采用平滑滤波法进行数据处理，消除了检测系统中的随机干扰.系统仿真结果表明，该方法解决了波长扫描步长对检测准确度的限制问题，波长位移计测准确度提升了三个数量级.采用新方法进行了0~60 g范围内光纤光栅纵向荷载测量实验，测得纵向荷载灵敏度为13.2 pm/g，表明该方法对实测数据具有较好的适用性.

为了提高分布式电磁接收系统频域标定的效率和精度，提出了一种基于多频伪随机信号的标定方法并研究了多频标定信号的产生和标定数据的处理方法。首先，根据多频伪随机信号的解析式分析了其主频点的振幅和分布特点，通过现场可编程门阵列(FPGA)实现了伪随机信号的编码合成并产生了高精度双极性标定信号源。然后，基于相关检测的噪声抑制原理，给出了检测含噪声多频标定输出信号幅度和相位的多次相关迭代法并通过仿真进行了验证。最后，对分布式双通道电磁接收系统的采集通道和磁场传感器进行了标定测试。结果表明：在外界噪声不大于标定输出信号幅度的环境下，检测结果幅度误差小于2%，相位误差小于1°。该标定方法快速准确，可用于分布式电磁接收系统在不同野外环境下的频域标定。