针对旋转双棱镜系统指向误差较大、误差源较多等指向精度较差的问题，提出了一种新的旋转双棱镜指向偏差修正方案。采用非近轴光线追迹方法建立旋转双棱镜指向模型和二维转台指向模型，在全视场区域内均匀选取若干点，比较旋转双棱镜理论出射光束与实际出射光束的偏差，通过Levenberg-Marquardt迭代算法对旋转双棱镜前镜和后镜的转角误差、楔角和折射率进行修正。在整个视场区域内修正后，指向最大偏差由8.37 mrad变为3.75 mrad，平均指向偏差由4.00 mrad变为1.38 mrad，并且当俯仰角较小时，修正效果较好；在俯仰角小于15°的视场区域进行单独修正后，最大指向偏差变为1.51 mrad，平均偏差变为0.84 mrad。所提修正方法提高了旋转双棱镜的指向精度，对旋转双棱镜指向偏差的补偿修正具有一定的参考价值。

自由空间激光通信技术长期以来都是卫星通信和载荷技术领域的研究热点，具有大带宽、高速率等特点。高轨中继卫星是星间数据传输的骨干节点，随着激光通信技术的成熟，激光通信链路已成为国内外高轨中继卫星数据传输的可靠途径。对国内外高轨卫星激光中继链路的最新发展动态及其未来发展规划进行综述，该综述为我国建设空间激光信息网络提供参考。

大气相干激光通信技术在工程上已经发展到进入实用化部署阶段, 但是其理论发展仍不完善, 对大气相干激光通信系统理论以及其中必须涉及的自适应光学技术和大气闪烁问题的研究进展进行了回顾和分析。针对大气湍流对光束振幅扰动以及自适应光学相位校正的随机过程进行精确分析是当前大气相干激光通信理论体系化的主要挑战, 且研究方法必须全面采用概率分析的方法。目前, 自适应光学相位校正的概率分析的基本框架已经形成, 面向大气相干激光通信的闪烁概念必须扩展包含大气散斑和总功率起伏两种内涵, 这是未来研究的重点和难点。

提出了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)硬件控制平台将空间激光耦合至单模光纤(SMF)的自适应耦合技术。将自适应光纤耦合器作为激光接收器件和像差校正器件, 使用基于随机并行梯度下降(SPGD)算法的FPGA硬件控制平台实现SMF端面对聚焦光斑的自适应跟踪, 算法的双边迭代速率达到了3 kHz。实验结果表明, 该控制系统可补偿SMF接收端面最大约9 μm的静态对准偏差(对应空间光束的最大可校正静态角偏差为600 μrad), 对于模拟大气湍流造成的耦合效率下降具有150 Hz的校正带宽。

在远场散斑投影成像系统上整合大气闪烁指数测量功能, 有助于全面分析激光大气传输特性及其对光电系统性能的影响。但是在大口径接收时, 大气闪烁会因孔径平滑效应而变得微弱, 光源稳定性引起的强度起伏会更为明显。针对这一问题, 基于光源强度起伏和大气闪烁的乘性调制假设, 建立了考虑光源强度起伏的大气闪烁指数的测量模型。利用光源强度起伏不随孔径变化而大气闪烁随孔径变化这一差异性, 通过投影光学在同一时刻测量两个不同接收孔径上的光强闪烁, 结合弱起伏条件下的孔径平滑因子来求解测量模型, 从而分别估计大气闪烁指数和光源强度闪烁指数。实验结果表明, 在孔径0.05 m至0.4 m之间, 实测值和理论估计值的最大相对误差小于9.685%, 理论模型与实验符合度较高。采用该方法可以在投影光学上实现弱起伏条件下的大气闪烁指数估计。

大口径投影光学系统采用低成本、大口径菲涅耳透镜制作, 可将远场散斑强度分布投影到CCD成像探测器上。通过CCD图像处理, 能够对给定孔径上的接收功率、闪烁指数进行量化评估; 在接收孔径足够大、保障散斑不会因为光束漂移效应而脱离菲涅耳透镜的条件下, 该系统还可以对光束漂移和特征半径进行量化评估。同时讨论了CCD像元响应非均匀性误差及其影响、CCD辐照响应函数和图像几何投影系数的定标方法。实验表明, 系统能够对激光大气传输过程中的远场散斑特征参数进行监测。特别对自由空间激光通信系统而言, 可以为大气衰减和多种大气湍流效应综合作用下的中值电平慢衰落研究和检测阈值优化设计提供实验数据支撑。

猫眼逆向调制自由空间激光通信技术相比传统激光通信技术更具优势。本文介绍了逆向调制自由空间激光通信技术的原理和猫眼逆向调制终端的原理结构。综述了国内外猫眼逆向调制自由空间激光通信技术在调制器特性、猫眼光学系统和技术应用3个方面的研究现状。分析了猫眼逆向调制自由空间激光通信的关键技术。最后, 展望了该项技术的应用前景。

设计一款应用于多发射天线多接收天线自由空间激光通信系统中的折射式光学接收天线。天线焦距120.02 mm,相对孔径1∶1.13,工作波长为850 nm,波长范围覆盖820 nm ~880 nm,在50 lp/mm频率处0视场的MTF为0.5。接收天线可以在发射天线移动±48 mm范围内利用光敏面直径为0.5 mm的雪崩光电二极管(APD)接收3 mrad发散角的光信号。该天线由两组、共4片球面透镜组成,结构简单,可实现对运动式发射天线的光信号的接收。

为了研究时变湍流对跟瞄过程中动态平移的光斑定位和跟踪精度的影响，采用改进的逆傅里叶变换方法构造了体现大气湍流特性的随机相位屏，模拟仿真分析了不同强度时变湍流影响下光斑动态平移时探测器感受到的光斑质心与光斑实际质心之间的跟踪偏差、定位偏差与光斑在探测器上位置之间的关系，以及湍流强度对光斑质心定位精度的影响，给出了统计偏差曲线。结果表明，在时变大气湍流的影响下，光斑整体动态平移过程中实际质心的移动距离与接收端探测器感受到的光斑质心移动距离存在一个跟大气湍流强度成正比的偏差。动态平移过程中光斑质心的平移跟踪偏差与定位精度、大气湍流强度以及光斑在接收终端探测器上的位置有关。

复合轴APT控制子系统是自由空间激光通信系统中重要组成部分和关键技术,其中粗跟踪伺服单元主要完成高概率,快速捕获和高稳定、高精度跟踪.通过对影响粗跟踪精度的动态滞后误差、平台振动误差和CCD光斑检测误差进行理论分析与MATLAB仿真,并根据复合轴APT结构特性对粗跟踪伺服带宽进行优化选择,使其既能满足粗跟踪精度要求,又能使APT复合轴控制总精度达到最优,最后结合课题建立星际激光通信系统复合轴APT实验系统,实验结果与理论分析和仿真基本一致.