搭建了极紫外光源实验装置，获得了中心波长为13.5 nm的Xe等离子体极紫外的辐射光谱。测量了极紫外辐射的时间特性，用多次箍缩理论解释了光脉冲的多峰结构。获得了主脉冲电流幅值、Xe气流量、陶瓷管内径、等离子体长度、辅助气体等实验参数对极紫外辐射强度的影响规律。搭建了重复频率为1 kHz的13.5 nm极紫外光源样机，介绍了样机的电源系统、放电系统、去碎屑系统和光收集系统的基本情况，并给出了光源样机的调试结果。

理论分析了室温条件下掺铁硒化锌（Fe2+∶ZnSe）激光横向寄生振荡特性，结果显示通过减小抽运光斑尺寸可有效提升寄生振荡反转粒子数阈值，从而抑制Fe2+∶ZnSe激光横向寄生振荡。以非链式脉冲氟化氢（HF）激光器为抽运源，搭建了Fe2+∶ZnSe激光器实验装置，通过插入不同孔径的光阑，实验研究了不同抽运光斑尺寸下的Fe2+∶ZnSe激光输出特性。实验结果表明，对于端面尺寸为20 mm×20 mm的Fe2+∶ZnSe激光晶体，当抽运光斑尺寸≤9.2 mm时，横向寄生振荡现象可得到有效抑制，与理论分析结果相符。室温条件下，所获得的最高Fe2+∶ZnSe激光脉冲能量为136 mJ，斜效率为33.2%，相对于抽运激光能量的光-光转换效率为26.5%。

基于光纤与板条结合的主振荡功率放大器(MOPA)结构，以单模光纤激光器作为种子源，对Yb∶YAG表层增益板条进行功率放大。对单程及双程两种提取方式进行理论计算及实验研究，结果表明：在室温下，获得了1030 nm激光输出；当注入种子光功率为200 W，抽运光功率为11.2 kW时，单、双程放大输出功率分别为1.6 kW和2.6 kW，光-光转换效率分别为12.8%和21.4%；测得Yb∶YAG表层增益板条的透射波前畸变为1.3 μm；Yb∶YAG表层增益板条具有作为高功率激光器增益介质的潜力。

采用敏感性分析方法研究了溴化氢（HBr）化学激光器的反应机理，分析了主导反应和关键参数之间的关系。分析了温度、压力及关键中间物的敏感性系数，确定了温度对HBr不同振动态布居的有效性调控。利用计算流体力学(CFD)研究了HBr化学激光增益发生器，给出了流场内部的温度、浓度分布。结果表明：当HBr化学激光器的内部初始反应温度在500 K左右时，能获得高振动态的输出。

采用正交试验法，在不同参数下对厚度为30 mm的5083铝合金厚板进行了激光焊接工艺试验研究。结果表明，激光功率、焊接速度及环境压力对焊缝成形、气孔率均有不同程度的影响，其中环境压力对气孔率、熔深和深宽比的影响最大。当环境压强降至5 kPa时，熔深达到了常压下的2倍，气孔率仅为0.057%。研究结果为铝合金激光焊缝成形和气孔率的控制提供了参考。

对DP980板和A6061板进行了激光搭接焊试验，对比分析了镍箔对焊接接头焊缝(WS)和熔合线(FL)的显微组织、显微硬度及拉剪性能的影响。结果表明，对于未添加镍箔样品，铝元素进入熔池内导致WS和FL处形成大量软质相δ铁素体和部分板条马氏体(LM)，钢/铝界面处析出脆性FeAl2、FeAl3金属间化合物，金属间化合物层的峰值厚度约为50 μm，拉伸过程中焊接接头在界面处发生脆性断裂；对于添加镍箔样品，镍元素抑制了Fe-Al冶金反应的进行，促使δ铁素体向奥氏体转变，在室温下WS获得了全LM组织，WS硬度升高，界面处形成了Ni-Al金属间化合物，界面处的硬度和脆性Fe-Al金属间化合物层的厚度减小。镍箔使焊接接头的强度提高至61 MPa，是未添加镍箔样品的1.4倍。

采用激光熔化沉积技术成形了TC11钛合金，研究了层间停留时间对其组织及性能的影响。结果表明，沉积态试样的宏观组织随层间停留时间的增加由等轴晶向柱状晶转变；在不同层间停留时间下，沉积态试样的内部均为极细α+β网篮组织，因此沉积态试样的力学性能呈高强低塑特征。随着层间停留时间的增加，沉积态试样的宏观层带现象更加明显，室温力学性能的各向异性显著增大，这是因为后续沉积层对已沉积层的表层重熔再沉积和热处理效应导致局部组织粗化、α相比例增加，进而引起沉积方向网篮组织的规律性不均匀。

研究了热处理对激光立体成形DZ125高温合金凝固微观组织的影响。结果表明，随着固溶处理温度的升高，初生γ′相的溶解增多，在1240 ℃固溶2 h后初生γ′相全部固溶；Ni5Hf相和MC(1)碳化物在高温保温时发生固态相变，经1180 ℃/2 h/空冷(AC)热处理后Ni5Hf相全部分解，释放的Hf元素与基体固溶的C原子结合形成MC(2)碳化物，部分MC(1)碳化物在1000 ℃保温12 h后转变为M23C6或M6C型碳化物；完全固溶处理后在1100 ℃和870 ℃时效时，γ′颗粒尺寸的变化规律及经验分布函数与Lifshitz-Slyozov-Wagner(LSW)理论预测的较为一致。拟合得到γ′相的粗化激活能为231.43 kJ/mol，γ′颗粒的粗化受Ti、Al原子在Ni中的扩散控制。

再现大型结构件实际成形热过程，研究了激光熔化沉积TC11钛合金的组织特征与力学性能。结果表明，沉积态试样的粗大柱状晶内α+β网篮组织比等轴晶内的更均匀、细小，等轴晶内分布有大片α集束区，晶界处产生了大量连续α相；由于后续沉积层对已沉积层的表层重熔及热处理效应，层间过渡区产生了明显的α相粗化，α相比例增加，因此沉积态试样的室温力学性能各向异性显著。经过950 ℃保温1 h和550 ℃保温2 h的双重退火后，退火态试样晶界处的连续α相几乎完全破碎，α+β网篮组织分布更加均匀，室温力学性能各向异性完全消除，塑性大幅增强，综合力学性能基本与锻造态的一致。

提出了一种基于离散小波变换的算法，对超声检测激光沉积TA15合金图像中微小、低对比度的缺陷进行了增强。利用Penalized软阈值对缺陷的高频细节信息进行去噪，并通过Gamma变换提高缺陷低频信息的对比度。综合考虑信息熵和对比度，对多组样本进行了测试实验。研究结果表明，针对具有独特快速熔凝组织的激光沉积制件，所提算法比高斯滤波及模糊集增强理论具有更好的弱小缺陷增强能力。

采用激光填丝焊方法焊接了6082铝合金，研究了焊接速度对焊接接头热影响区软化的影响。结果表明，当温度为430~560 ℃时，接头热影响区会发生明显的β″强化相溶解， β″相的数量明显减少，接头的硬度和拉伸强度减小，发生了热影响区的深度软化效应，热影响区的软化区成为接头最薄弱的区域。当激光功率为4250 W，焊接速度为2.7 m·min-1时，接头热影响区的局部深度软化现象得到有效抑制，其平均硬度值大于82 HV，抗拉强度增大至249 MPa，接头的拉伸断裂发生于焊缝。

采用光纤激光器焊接了0.1C-5Mn钢，研究了不同热输入对接头的组织、硬度、拉伸和成形性能的影响。结果表明，不同热输入的接头焊缝区均为马氏体组织，热影响区由细小马氏体/贝氏体混合组织、奥氏体和铁素体组成；焊缝区的平均硬度均比母材的高。当热输入为100 J·mm-1时，接头的亚临界热影响区有轻微软化趋势。不同热输入的接头拉伸试样均断裂于母材区，断口为韧性断裂，且接头抗拉强度均比母材的大；接头杯突裂纹在焊缝区启裂并垂直于焊缝向母材区扩展；平行于轧向焊接的拼焊板成形性能优于垂直于轧向的。

采用激光沉积技术，在304不锈钢表面制备了Fe106+5%Ni/WC复合涂层,研究了不同磁场转速下涂层的宏观形貌、微观组织、显微硬度及摩擦磨损性能的变化。结果表明，当磁感应强度为70 mT，磁场转速为100~400 r·min-1时,旋转磁场对沉积层表面粗糙度影响较小；当磁场转速继续增大时，沉积层表面粗糙度逐渐减小，熔宽逐渐增大，润湿角逐渐减小，表面质量明显提升。随着磁场转速的增大，沉积层的显微硬度逐渐增大。当磁场转速为600 r·min-1时，沉积层的平均显微硬度达到825 HV，约为无磁场沉积层的1.178倍；同时，沉积层的磨损质量逐渐减小，最小磨损平均失重仅为2.2 mg，比无磁场沉积层的耐磨性提高了1.33倍。

采用3 kW光纤激光偏置铝侧焊接的方式，完成了TC4钛合金和6082铝合金的连接。测试了接头的宏微观组织及力学性能特征，通过有限元方法对接头的温度场分布及钛/铝结合界面的热循环曲线进行了模拟。研究结果表明，钛/铝激光偏置焊接可获得无裂纹、无气孔,具有良好拉伸强度的接头，钛试板在焊接过程中发生部分熔化，端面变得不平整。在凝固过程中，钛/铝结合界面会形成一个厚度较薄的钛/铝金属间化合物层，其主要相为TiAl3。拉伸试验表明，接头的最高抗拉强度为153 MPa，是铝基材强度的72.9%；接头的断裂模式为脆性解理断裂，断裂发生在金属间化合物层位置，引起断裂的脆性相为TiAl和TiAl3。

利用焦点高频旋转方法进行了光纤激光点焊工艺研究，并与传统激光点焊工艺进行了对比分析。结果表明，在热导焊接模式下，利用激光焦点高频重复扫描的熔池热积累效应，通过调节激光旋转工艺参数，可以有效调控焊点形貌。随着热量的不断累积，焊点形貌由双“V”形转变为“W”形，直至“U”形。与传统激光点焊工艺相比，焦点高频旋转点焊的焊点宽深比大，且基本无气孔缺陷。同时，该方法可以有效调控焊点显微组织及显微硬度。

在对激光选区熔化成形Ti-6Al-4V试样静态力学性能测试和分析的基础上，研究激光选区熔化成形Ti-6Al-4V试样在循环载荷下，表面缺陷、内部缺陷和微观组织对疲劳性能的影响。采用刚度拟合疲劳周期方法，获取试样在疲劳周期各阶段的循环周次，发现在疲劳源形核阶段试样疲劳寿命产生差异。直接成形试样的表面黏粉现象严重，在表面形成多个疲劳源，导致疲劳寿命很低。抛光处理可以降低表面粗糙度，退火处理可以改善试样微观组织结构，提升试样疲劳性能，但是表面处理后，内部缺陷暴露在表面，不同类型和不同尺寸的缺陷形核疲劳源周期差异很大，导致疲劳性能呈现较大的离散性。

基于航空航天领域减重的需求，铝锂合金激光焊接越来越受到国内学者的广泛关注。对2 mm厚2060-T8铝锂合金进行激光平板对接焊和焊缝微观组织形貌分析，并通过熔池流动机制解释铝锂合金熔焊焊缝边缘等轴细晶区(EQZ)的形成机理。分析认为，激光热作用及熔池对流的影响导致焊缝边缘不同区域异质形核质点的数量与分布有所不同，使上部EQZ宽度较窄，“腰部”EQZ宽度相对较大。此外，根据熔池流动机制，在焊缝边缘上部及“腰部”的部分形核质点会沿上熔合线切线方向被带入熔池，并在此基础上形核长大形成一条延伸至焊缝内部的等轴晶带。

基于倍频反射膜的设计理论，结合膜系设计软件实现了多波段激光腔面高反射膜的设计。在制备过程中，基于最小二乘法原理建立了残余蒸镀量与膜层厚度之间的关系式，解决了膜厚控制误差累积导致薄膜光谱性能变差的问题。制备的薄膜在457 nm和914 nm波长处的反射率分别为99.9%和99.6%，在808，1064，1342 nm波长处的透射率分别为97.2%、96.8%和93.1%，满足457 nm激光器的使用要求。

为实现高功率激光驱动器中大口径光学元件表面疵病的低漏检率识别，针对微弱疵病的低信噪比特点，提出了改进的局部信号强度比自适应检测算法。利用信号图像中疵病与邻域非疵病区域的信号强度差异，构造了一类滤波模板对信号图像进行自适应局域增强，可有效提高疵病信号强度值和显著增强信号图像的疵病信噪比。对种子图像进行种子点的筛选与自适应区域生长，并进行精确提取完成损伤区域的完整分割。改进后的局部信号强度比算法能有效识别低信噪比微弱疵病，在全内反射暗场侧向照明成像条件下，可识别出约30 μm的疵病坏点。与现有的局部信号强度比算法相比具有更低的漏检率，结果表明等价圆直径在50 μm以上的损伤点的漏检率低于0.4%。

针对调频非线性和快速傅里叶变换（FFT）精度不高的问题，基于等光频间隔重采样的调频连续波测距系统，采用相位差测频法测量了待测目标点的距离；对调频连续波激光测距原理进行分析和推导，并依靠该系统进行了测距稳定性和测距误差的分析实验。结果表明：在8.3～9.3 m测量范围内，相位差测频法的测距单点稳定性范围为50～95 μm，测得的距离与理论距离的残余误差不超过100 μm；所提算法比快速傅里叶变换具有更好的测距精确性和稳定性。

介绍了基于InGaAs单光子探测器的日光条件测距实验，通过压缩激光接收视场、使用超窄带滤光片、结合超快主动淬灭电路等降低InGaAs单光子探测器死时间的方法，成功地进行了基于InGaAs单光子探测器的日光条件光子计数测距实验。分析实验数据，分别获取基于InGaAs探测器和Si基探测器的系统探测灵敏度、系统测距精度等参数，并进行比较。实验结果表明：经过高速主动淬灭电路优化后的InGaAs探测器，其死时间与Si基探测器的死时间相当；在背景光噪声一定的情况下，使用InGaAs探测器可以提高系统的探测灵敏度，从而增加系统的最大测程；得益于InGaAs探测器的低抖动时间，在提高系统最大测程的同时，系统的测距精度不受影响。

提出了一种针对密集圆形管道点云数据的自动分割算法，通过八叉树结构将点云划分为若干个子块，并建立其空间邻域关系，采用基于法向量条件约束的随机采样一致性算法移除子块内的大区域平面，同时运用欧氏距离聚类和基于平滑条件约束的区域增长分割算法再次细化数据。实验结果表明：提出的自动分割算法在处理大小为6 m×12 m×16 m的点云空间数据时，4线程并行计算仅耗时9 s，精确率达到90%以上。因此，所提算法能够快速、准确地分割管道点云数据，具有较高的应用价值。

研究了自适应补偿器(ANC)中两大补偿器——可变形镜(DM)和部分补偿镜之间的轴向距离标定技术，提出了一种多零位约束方法，利用一块校准镜，通过DM形变实现不同位置的零位检测，从而构建多个测量方程用以限制误差耦合，实现ANC空间间距自标定。通过仿真和实验验证了该标定方法的高精度。该方法摒弃了外部直接测量手段，使得ANC和整体干涉仪的集成化成为可能。

基于光路复用机理，提出了一种激光近程动态扫描探测方法。基于重尾函数建立了一种脉冲激光发射波形数学模型，推导了脉冲激光近程动态探测冲击响应及回波方程。建立了一种脉冲激光测距概率统计分布模型，研究了脉冲激光发射功率/脉宽、阈值检测电压、等效均方根噪声电压以及激光出射角对测距概率分布的影响机理。结果表明：随着发射功率的增加，测距精度提高且分布曲线逐渐偏离真实值；测距精度随着激光发射脉宽的增加而递减；随着阈值电压的提高，分布曲线向右移动；距离测量分布曲线随着等效均方根噪声电压的增加而宽度增加、幅值减小；随着激光出射角度的增加，测距分布曲线向右移动，测距精度随之降低。

为实现局域空心光束的可调谐性，以半导体激光器作为光源，采用贝塞尔光束聚焦法来获得局域空心光束。采用平凸柱透镜和梯度折射率透镜对光束进行整形，以获得发散角可变的激光束，进而得到尺寸可调谐的局域空心光束。数值模拟结果表明，当照射在轴棱锥上的光束发散角在0°~1.5°范围内连续变化时，局域空心光束的最大径向尺寸在90.23~64.05 μm之间可调谐，而局域空心光束的长度在1.85~1.47 mm之间变化。可调谐局域空心光束可显著增加光镊技术的应用灵活性。

利用光学Tamm态(OTS)在金属-分布式布拉格反射镜(DBR)界面处的局域场增强和石墨烯的电控特性，提出一种基于OTS的石墨烯光调制器。利用有限元法和时域有限差分法对提出的调制器进行仿真研究。研究结果表明：当入射波长为850.7 nm时，在金属-DBR界面处会产生OTS，入射光的反射率比较低；当外加驱动电压大于7.5 V时，OTS的本征波长会发生漂移，入射光的反射率增大，可以实现强度调制。调制器的最大调制深度可达0.96，消光比为14.45 dB，在不考虑电路RC时间常数影响的情况下，调制速率超过600 GHz。该结构石墨烯光调制器在一定波长范围内，可以实现调制深度不同的光调制，在未来的光通信系统和光信息处理系统中具有很好的应用前景。

理论研究了直接调制与外调制模式下的微波光子链路的线性度，以直调激光器为核心器件的直接调制型短距离微波光子链路具有明显优势。着重开展实验研究，采集和分析两种调制模式下的信号，获得关键性能参数，包括链路损耗、线性动态范围(CDR)和无杂散动态范围(SFDR)。比较了不同长度光纤传输下的动态范围，发现直接调制型微波光子链路经10 km光纤传输后性能显著下降。此外，纳入直调激光器线宽、啁啾因素，实验研究了不同长度光纤下色散的影响。结果显示，直接调制型短距离微波光子链路具有高线性度的优势。

设计并研究了一种采用激光打标机在塑料光纤(POF)表面雕刻散射点的侧面均匀发光光纤，可用作自由立体显示器的定向背光光源。通过建立激光打标凹形散射点的POF均匀发光模型，推导了POF均匀发光的散射点坐标计算公式。针对设计的凹形散射点参数，用SolidWorks软件构建侧面发光光纤模型，用TracePro软件进行光线追迹仿真。结果表明，散射点长度半圆心角(用于表征凹形散射点的深度和横向长度)的微小变化对发光亮度均匀度影响较大，而凹形散射点轴向宽度的微小变化对POF侧面发光均匀度影响很小。对各参数进行设计优化后，得到POF半径R=0.25 mm，凹形散射点宽度d=0.15 mm，散射点长度半圆心角θ=15°，POF长度L=600 mm，TracePro软件仿真得到POF侧面发光亮度均匀度为87.5%。根据设计优化后的参数采用激光打标机进行激光雕刻POF表面散射点，得到单根POF的侧面发光亮度均匀度为80.90%。将100根侧面发光POF紧密排布成面光源，得到面光源发光亮度均匀度为88.91%。实验结果表明所提出的设计方法和制作的POF面光源能满足自由立体显示器指向性背光源设计的要求。

基于受激布里渊散射效应，设计并实现了一种非周期性多阻带微波光子滤波器。采用可编程射频信号驱动电光调制器，产生可变多音抽运光，实现光边带多频同时处理。阻带个数、阻带中心频率和阻带带外抑制比均由射频信号调控。实验结果表明，该微波光子滤波器频谱响应呈非周期性，各阻带中心频率互不相干且与阻带个数无关，并可在2~8 GHz范围内独立调谐。阻带带外抑制比最大为49 dB。

主要研究了保偏光纤与Y型波导输入端的对准耦合。基于模场重叠积分法，数值计算5个自由度上的对准偏差对耦合损耗的影响，并设计了一种基于数字图像的实验方案。仿真与实验结果吻合较好,证明该实验方案可行。结果表明：横向位错X和Y对耦合损耗的影响最大，纵向间距Z对耦合损耗的影响较小，而角度α和β变化时产生的耦合损耗主要是由附加横向位移引起的，单纯的角度变化对耦合损耗的影响极小。若要求对准偏差损耗低于0.5 dB，则横向位错与纵向间距的容差范围分别为-1~1 μm和-20~20 μm。本研究为后续自动耦合系统的研究提供参考。

针对固定分析仪法在测量光纤偏振模色散时会引入误差、降低测量精度这一问题，提出了一种基于小波阈值的去噪方案，以提升固定分析仪法的测量精度。给出了算法的具体流程，并详细讨论了小波阈值、阈值函数、基函数以及分解层数的选取原则及方案。搭建了实验平台并进行测定，将测定结果与常用的傅里叶变换法及商用的偏振模色散测量仪的测量结果进行对比。实验结果表明，所提出的小波阈值去噪方案能够有效地降低噪声对测量结果的影响，且对于不同类型、不同长度的测试光纤样本均适用。以商用仪器的测量结果为参考，本方案测量结果的最大误差为2.27%，该数据表明本方案显著提升了固定分析仪法测量偏振模色散的精度。

利用光声相关谱法对血液流速进行了测量，并研究了激光重复频率以及血流方向与入射激光传播方向的夹角对血液流速测量准确性的影响。结果表明：血流速度越快，要求激光的重复频率越高；当血流方向与入射激光的传播方向垂直时，系统可以测量的血液流速范围为0.059～92.3 mm/s，测量值与真实值的相关系数为0.992；当血流方向与入射激光的传播方向不垂直时，测得的血液流速和实际血液流速的比值与样品倾斜角度成余弦关系。

搭建了一套能够对人体皮下微血管进行快速成像的手持式扫频光学相干断层成像（OCT）系统，分别使用了无对数补偿的强度差分（PID）算法、有对数补偿的强度差分（LCPID）算法以及结合对数补偿及动态阈值方法的强度差分（MTPID）算法重建了血流分布图像，并对比了三种成像算法得到的微血管正面图。结果表明：LCPID算法能呈现更深层的血流信息，而MTPID算法获得了更多的血流分布细节信息和更高的图像清晰度，其优越性对OCT系统在医用光学方面的应用具有重要意义。

设计了吸收性气溶胶探测仪CCD成像系统，该系统的硬件包括驱动时序电路、预处理和模拟前端电路、电源管理电路、FPGA主控单元，以及Camera Link通信电路等。提出一种带有反向转移的驱动时序来消除帧转移过程的残余电荷，并对该CCD成像系统性能进行测试验证。实验结果表明，该成像系统能稳定输出14 bit图像数据，帧频为1.8 frame/s，最短曝光时间为17.28 ms，非线性度误差为1.68%，当曝光饱和度为80%时,成像信噪比为54.36 dB，CCD可探测信号的动态范围为61.55 dB，可满足探测仪输出稳定、时间分辨率高、线性性能优、信噪比高、信号动态范围大的工作需求。

为保障偏振扫描仪长期在轨的偏振测量精度，研究了偏振扫描仪的星上偏振定标原理与方法。首先，针对分孔径和分振幅的技术特点，结合实际的误差来源，理论推导了系统探测矩阵；其次，根据仪器参数，利用已知偏振态的线偏振光和非偏振光，推导了星上偏振定标方程；然后，设计了用于星上偏振定标的线偏振定标器和非偏振定标器；最后，提出了利用已知偏振度的太阳漫射板辐射定标数据来校正偏振扫描仪的低偏振度测量精度和稳定性。所提出的星上偏振定标方法具有高精度、高频次、高效率等特点，可满足长期在轨偏振测量精度为0.005的应用需求。

设计了一种基于表面等离子体共振(SPR)的光纤温度传感器。将单模光纤和多模光纤端面研磨成楔形并进行拼接，在单模光纤的研磨面上镀制厚度为50 nm的金膜以形成Kretschmann结构，然后涂覆一层聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为温度敏感介质来实现温度传感。实验结果表明：当温度为20~70 ℃时，该传感器的灵敏度的绝对值最大可达到4.15 nm/℃，远大于其他类型的光纤温度传感器的灵敏度；与其他SPR光纤温度传感器相比，该传感器具有更窄的半峰全宽和更优的品质因数；该传感器具有较高的稳定性，其最大的温度标准差为0.14 ℃。该传感器结构简单，制作成本低廉，有望在工业领域内得到广泛应用。

为提高机载激光雷达回波信号的分解精度，以偏正态分布函数作为拟合基函数，采用层层剥离策略以及人群搜索算法与全局收敛LM算法相结合的方法，实现了机载激光雷达回波信号的波形分解，并通过实验加以验证。结果表明：回波信号可被分解为一系列偏正态分布函数的叠加，获得了信号幅值、中心位置、半宽和偏态系数等关键参数；拟合波形和回波信号的相关系数均在99%以上，波形分解精度得以有效提高。所提方法能够实现全波形机载激光雷达回波信号的精确分解。

为了能在低信噪比情况下获得高精度矢量风速，采用非线性最优化理论中的序列二次规划(SQP)求解滤波正弦波拟合(FSWF)，实现了速度方位显示(VAD)算法中矢量风场的反演。基于模拟数据进行仿真实验，以反演结果的均方根误差作为评价指标，对比直接正弦波拟合(DSWF)和SQP-FSWF两种算法，结果表明在低信噪比条件下SQP-FSWF算法的反演效果优于DSWF算法。在FSWF计算中，基于风场反演结果的时空连续性，对比SQP算法和无约束最优化算法中的拟牛顿法，结果表明，SQP算法在低信噪比下效果更好。开展了激光雷达和探空气球的风场测量对比实验，获取了真实的激光雷达回波信号和同步探空气球数据，以进一步评估算法的可靠性。实验结果显示，SQP-FSWF算法得到的风速反演结果，同作为对比对象的探空气球的测量结果（水平风速、水平风向），两者间的相关系数分别为0.993和0.988，平均误差分别为0.2 m/s和3.28°，均方根误差分别为0.28 m/s和4.62°。对比分析反演结果的时空连续性发现，所提出方法在低信噪比下时空连续性更好，与模拟数据实验结果的效果表现一致。

提出一种螺旋式扫描机载激光雷达系统的数字高程模型(DEM)内插算法。首先，描述螺旋式扫描激光雷达系统的扫描特点，并阐述实时计算重叠区域的原理；然后，介绍改进的三角网迭代加密滤波法，并将其用于地面点与非地面点的分离；最后，基于随机森林法内插DEM。实验结果表明，该方法实现了螺旋式扫描机载激光雷达系统的DEM内插，且内插精度符合工业生产的数据要求。