针对成像型激光探测系统动态范围不足的问题，以现有广角远心鱼眼透镜和CMOS摄像器件为硬件基础，提出通过图像处理的方法扩展系统动态范围。系统采用帧相减技术滤除背景干扰和噪声，进而进行激光光斑的识别和定位。在此基础上，针对接收激光能量的不同，提出采用不同方法扩展动态范围。当激光能量较低时，激光信号可能淹没在噪声中无法准确判读和精确定位，通过滤波技术排除噪声，提高图像信噪比，从而提高系统探测灵敏度，即扩展探测下限。对于探测上限，即当强激光入射时，由于鱼眼光学系统内会产生反射干扰光，有可能在成像面形成不规则的干扰光斑，通过光斑匹配模式识别的方法排除杂光干扰，提高识别上限。实验结果表明，该方法使系统动态范围从为70 dB提高到89 dB，提高近30%，有效扩大了探测系统的作用范围。

针对全向激光探测过程中太阳光闪烁容易引发虚假信号的现象，在相邻帧相减的基础上，提出了依据图像特征判别虚假信号的方法。在野外阳光强烈的自然条件下，对此方法抑制虚假信号的效果进行了试验验证。结果表明，相对于依靠滤波技术和提高帧频的方法抑制干扰而言，所提出的虚假信号抑制方法，能够更好地抑制太阳光闪烁引起的虚假信号，是一种依靠图像处理本身即可完成既定目标的方法。由于其对成像探测器和图像采集卡要求较低，因而具有较好的应用推广价值。

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.

为了解决成像型激光探测系统外场试验常易出现的太阳光虚警问题, 提出了一种通过提高图像帧频抑制太阳光虚警的方法, 讨论了该方法的适用性, 给出了最佳频帧的选取办法, 并在外场太阳直射条件下进行了实地验证。结果表明, 该方法可减小探测系统对背景的积分时间, 有助于缩小太阳周围虚警杂光的成像范围, 有利于抑制虚警, 为成像型激光探测系统后续的研制和测试提供了有益的参考。

为了研究凝视激光探测系统的探测灵敏度指标性能,针对凝视激光探测系统的凝视成像特性及探测面元接收激光能量会随视场角的变化而改变的特点,从实验室现有测试条件出发,设计了一套关于其探测灵敏度的室内间接测试方法。分析了测试过程中各环节应注意的问题,给出了相应解决方法,对搭建的模拟激光探测系统在不同的方位角下进行了激光发射、探测实验测试,得出7个不同方位角的探测灵敏度结果,其中,中心视场角探测灵敏度为0.259nJ/cm2,相对误差在3.4％～4.2％范围内,得出该系统最小可探测能量随视场角增大而增大的规律,并定性分析了测试误差。结果表明,该设计方法实际可行,误差精度可以达到规程要求,为进一步研究设计高精度的灵敏度测试系统提供了有益参考。

在成像型全向激光告警系统中，大视场探测与精确定向构成一对矛盾。为提高全向激光告警的定向精度，需要对激光光斑进行亚像素级的精确定位。在分析了鱼眼镜头大视场聚焦探测像差引起的光斑非对称性，并且信息量不足，不易于实现亚像素激光中心定位的基础上，提出通过镜头离焦的成像方式探测激光，使得激光在成像面上形成一定大小的弥散圆形光斑。在面阵探测器获取光斑采样像素点的基础上，通过双三次B样条插值曲面重建圆形光斑。并提取一定灰度值的光斑圆周插值点，作为圆形光斑边缘。通过快速Hough算法计算圆心，从而实现光斑中心的亚像素精度定位。通过实验对比验证，说明该方法可有效地提高激光光斑中心定位精度。

根据全向激光告警系统的结构特点，阐明了系统中大视场接收和窄带光谱滤波技术之间的矛盾.通过建立法布里-珀罗滤光片的模型，从反射膜的反射率、位相跃变以及间隔层介质所产生的光程差等因素，分析了激光从不同入射角入射时，滤光片具有不同的透射率.给出了激光入射角与透射率之间的关系公式，通过实验验证其有效性.

为了提高系统的识别精度和抗噪性能,在相关处理的基础上,针对相关峰采用了图像流来判断其运动特性,进而通过管道滤波的方法区分噪声和相关峰,进行了理论分析和实验验证,取得了系统对运动目标的识别数据。结果表明,该方法利用序列图像中目标运动的连续性和轨迹的一致性的特性,大大提高了识别精度和抗噪性能。这一结果对运动目标跟踪识别是有帮助的。