成像光斑中心精确定位是光栅衍射型超广角激光告警系统具有高定向准确度和高波长分辨能力的基础.本文分析了光栅衍射型超广角激光告警系统成像光斑特点.针对随激光入射角增大，系统成像光斑畸变为强度近似高斯分布倾斜光斑的问题，提出一种改进型高斯拟合法计算光斑中心，通过仿真模拟和实验测试研究了新方法的定位性能.模拟结果表明，高斯噪音标准差为0.01情况下，光斑长轴与x轴夹角由0°逐渐增大为90°过程中，本文方法的定位误差平均值小于0.005像素，误差标准差小于0.02像素.实验测试表明，实验图像经帧相减和高斯平滑滤波预处理后，光斑长轴与坐标轴方向一致时，本文方法与高斯拟合法的定位结果非常接近，明显优于灰度重心法.光斑倾斜时，本文方法求得的激光入射方向角的误差均值和标准差明显小于灰度重心法和普通高斯拟法.

为了研究光束的光谱传输特性, 根据广义惠更斯-菲涅耳原理, 推导了高斯光束光谱经自由空间和湍流大气传输的表达式, 并以中心频率为1.78×1015rad/s、谱宽为8.39×1013rad/s的高斯光束为例进行了数值分析。结果表明, 高斯光束传输过程中, z轴附近光谱存在少量蓝移, 离轴距离增大到约为0.5w(z)时, 光谱由蓝移变为红移, 湍流效应对离轴较远点的谱移现象有比较明显的抑制作用, 而增大源光谱的带宽, 则会使谱移现象更显著; 计算1.78×1015rad/s和1.75×1015rad/s两束单色光传输5000m时传输截面上的光强分布发现, 对于某个横向位置, 源光谱中心频率激光的强度会比某个其它频率激光的强度小, 产生传输截面上的谱移现象, 谱移现象随各参量的变化规律可由高斯光束的束腰变化规律和湍流效应对光束的展宽效应进行解释。

为实现采用相位屏法正确模拟准直激光束经湍流大气的传输特性，根据湍流特性、抽样定理以及两屏间衍射过程FFT算法本身所决定的相邻两屏网格间距之间的关系，得出相位屏间距和网格间距确定网格数目最优取值的解析表达式，数值模拟高斯光束经自由空间和湍流大气传输的远场分布，网格数目取解析式求得的最优值848时，光束经自由空间传输的模拟结果与ABCD定律求得的解析结果完全一致；网格数目取836或860时，等效于光束通过偶数相位屏时被正透镜或负透镜阵列会聚或发散，削弱或夸大湍流大气对光束的影响，模拟结果出现严重偏差。

光斑中心精确定位是成像型激光告警系统威胁激光准确定向的基础。分析了鱼眼成像型激光告警系统成像光斑特点，针对CMOS传感器像元非完全填充结构和大入射角区域光斑能量分布非对称造成定位误差大的问题，基于光斑高斯分布特征，提出将二维高斯分布函数积分分解为两个坐标方向一维积分的乘积，利用误差函数级数近似光斑灰度高斯积分，通过能量响应最大像元和次大像元的灰度比求解光斑中心坐标的细分算法，最后通过实验对比研究了新方法的定位性能。结果表明，本方法受像元非完全填充和镜头非对称像差的影响较小，近轴区域和入射角大于60°的轴外区域定位精度分别达到1/80和1/70 pixel，最大误差小于1/30 pixel。本方法计算相对简单、定位精度较高，且对不同位置光斑定位精度稳定，能够满足大视场激光告警装备的指标要求。

目标成像特征和信噪比是天基激光告警系统优化设计、目标检测及攻击事件判定的重要依据。在介绍告警系统结构的基础上, 分析计算了攻击激光成像光斑的情况, 并进行了实验验证, 讨论了系统的背景光噪声环境, 计算了入瞳处的背景光辐照度, 推导了系统成像信噪比公式, 并得到了攻击激光成像信噪比。结果表明: 攻击激光在正入射情况下的理论光斑直径约26.5 μm, 光斑形状随着入射角的增大由圆形向椭圆形变化, 光斑面积随入射激光强度的增加而变大; 系统最主要的背景光辐射是地球反射太阳光, 反射太阳光辐照探测器像面产生均匀背景噪声; 系统信噪比决定于太阳天顶角、入射激光功率密度及滤光片的透射率函数, 对致盲性激光和毁伤性激光成像的最小信噪比分别为40dB、60dB。

针对全向激光告警系统中SWIRFPA的盲元补偿问题，提出一种基于邻域灰度特性的加权插值盲元补偿算法。阐述该算法的基本思想和原理，根据盲元邻域灰度值的分布情况，赋予每个邻域像元与其灰度值相关的权重，进而完成盲元补偿。从主客观2个角度对补偿效果进行评价。结果表明: 与传统的邻域平均法和中值滤波法相比，加权插值盲元补偿算法对全向激光告警系统中SWIRFPA的盲元补偿效果最好，不仅使盲元补偿值与其邻域偏差最小，而且减小了盲元对系统探测的影响，有效提高了系统性能。

针对成像型天基激光告警系统中的太阳背景辐射问题，通过理论分析和数值计算研究了太阳与系统探测器不同空间位置关系时直射太阳光和地球反射太阳光对系统成像信噪比、威胁激光检测、探测器自身安全的影响.结果表明：太阳光是天基激光告警系统的主要背景辐射，地球反射太阳光是系统红外探测器成像的主要背景光；反射太阳光辐照在探测器像面上的最大能量密度为0.97 mJ/cm2，反射太阳光背景下，攻击激光成像信噪比在103以上，信标激光信噪比小于1，反射太阳光对攻击激光检测没有影响，对信标激光成像是强背景干扰；直射太阳光辐照探测器是系统不可避免的情况，太阳成像光斑功率密度最大时约20 W/cm2，将导致探测器像元饱和甚至损坏；太阳成像光斑特征与入射激光相似，会造成系统严重虚警.

在分析偏振模色散(PMD)引起传输信号去偏振导致偏振分光光信噪比(OSNR)监测方法测量误差问题的基础上，提出一种用扰偏振器和偏振分束器来克服PMD影响，实现OSNR精确监测的方案。波分复用传输信号经扰偏振器扰偏后解复用分离出待测信道信号，偏振分束器将待测信号分成偏振正交的两个支路信号，然后通过检测到的两支路信号功率之间的关系来得到信道的OSNR。仿真实验证实了新方法对PMD影响不敏感。