为了研究在大气湍流、指向误差以及各种噪声的共同影响下的星地激光通信系统平均误码率性能，采用Gamma-Gamma信道模型，建立了大气湍流与指向误差的组合衰减模型，并结合各种噪声推导出关于组合衰减模型的星地激光通信系统平均误码率的闭合表达式。研究结果表明，当卫星轨道高度为400 km、天顶角为45°、波长为1 550 nm以及等效波束半径和指向误差位移标准差（抖动）的归一化比值为4时，总噪声、热噪声、背景噪声对应的平均误码率分别为1.519×10-7、6.907×10-8、1.357×10-8。

针对不同背景条件下，红外弱小目标检测信杂比低、虚警率高的特点，重点利用小目标能量接近高斯分布特性，提出一种利用改进的图像局部熵加权多尺度的基于图像块对比度的红外小目标检测方法。首先，计算红外图像中心块和邻域块的均值；然后，计算出中心块和邻域块的均值差异达到凸显小目标、抑制背景噪声的效果，同时计算各个像素点的改进局部图像熵以凸显小目标、抑制形状与小目标大小近似的伪目标以及大面积的干扰物体的角点；之后，利用改进的图像熵加权中心块和邻域块的均值差异值，得到高信杂比、低虚警率的显著度图像；最后，利用自适应阈值分割算法获取目标的位置。实验结果表明，与同类基于human visual system（HVS）检测方法相比，所提方法适用场景更广，特别是在复杂背景下，能达到更低的虚警率、更高的信杂比。

针对无人机（UAV）平台间激光通信的信道建模问题，提出了一种摆镜式激光通信终端指向误差的求解方法，在指向误差服从Hoyt分布的基础上，综合考虑大气效应得到了联合信道概率密度函数表达式，讨论了不同湍流强度和不同抖动方差下通信链路的性能，并对指向误差模型进行了数值仿真和实验研究。结果表明：当激光通信终端的方位和俯仰指向误差角分别符合均值为0、标准差为0.4°和0.05°的正态分布时，指向误差角符合Hoyt分布。本文所提出的模型更贴近真实系统的指向误差，可以为构建无人机的天地一体化通信网络和组网通信提供前期理论基础，具有一定的实际参考价值。

导引头在3 Ma（1 Ma≈340.3 m/s）超音速飞行状态下，受到气动加热的光学窗口温度急剧上升，产生大量红外热辐射，干扰探测器的成像质量。为研究气动热辐射对导引头红外成像的影响：采用ANSYS软件对导引头进行三维建模、有限元网格划分及温度场仿真；采用普朗克黑体辐射公式与TracePro软件计算仿真得到的目标源与光学窗口在不同温度下产生的辐照度，建立信噪比模型，分析光学窗口温度及目标相对距离对导引头红外成像质量的影响。实验结果表明，导引头在2、11、20 km海拔高速飞行10 s后，红外成像系统信噪比分别下降了91.8%、50.1%、20.7%，信噪比的下降会严重影响红外系统成像质量，必须使用制冷措施冷却光学窗口以降低干扰。研究结果可为导引头的光学窗口及光学探测系统的设计提供数据参考，为克服气动热辐射干扰的相关研究提供理论依据。

空间目标的探测、识别、预警、拦截以及相关海量信息的快速安全传输是目前重要和紧迫的研究方向。结合偏振、光谱等光学技术的多维度探测可并行获取目标形状、材质、位置等信息,从而有效增加空间目标信息维度和提升准确度;同时借助空间激光通信,将以上海量信息快速安全地传输给在轨卫星和管理部门等,可为目标进一步的处置及时提供决策依据。首先梳理空间目标探测与激光通信的国内外发展现状,分析主要难点,总结相关技术的原理、特点与应用;然后介绍本团队近年来在空间目标多维度(偏振、光谱、强度)探测和激光通信方面的研究进展,包括复杂背景下全偏振成像、高光谱全偏振成像和面阵光谱偏振成像、超分辨成像、激光测距、一对多同时激光通信等;提出空间目标多维度探测与激光通信一体化的系统设计思想和具体实施方案;最后对今后空间目标测通一体化发展方向提出一些建议。

基于微透镜阵列形式设计了新型大视场激光通信接收光学系统,并提出了完整描述微透镜阵列光传输的3×3光学矩阵模型,讨论了各光学元件倾斜角度和偏心对像面高度和出射角度的影响规律。针对微透镜阵列光学系统形式的设计要求,给出了合理的倾斜角度和偏心的公差范围,在完成积分透镜光学系统像差讨论的基础上,采用设计和仿真相结合的方式实现了大视场激光通信接收光学系统设计,并验证了三维矩阵模型的正确性。通过样机研制、匀光测试和视场测试,最终实现了视场角达0.9°、均匀性达86.58%的新型激光通信接收光学系统,实验测试数据与理论仿真数据相吻合。关于激光通信链路方面的讨论分析进一步证明了微透镜阵列光学系统应用在激光通信系统中的可行性和优越性,为激光通信接收光学系统的设计和研制提供了新思路和新方向。

为了解决便携式激光通信视场角测量范围小、要求精度高、测量难度大的问题,采用计算指定通信距离下的链路能量作为视场角测量依据, 提出了一种基于便携式激光通信视场角测量的方法和装置, 并在此方案设计的高精度测量装置基础上进行了实际试验测量。结果表明, 探测器灵敏度为-30dBm时, 在1km,2km,3km,4km处测得的激光通信接收视场角分别为1.12mrad,0.94mrad,0.87mrad和0.63mrad。该测试方法和装置能够精确测量便携式激光通信的视场角范围, 测试装置可以扩展应用于不同领域的小视场高精度测量。

为了降低自由空间激光通信中对准难度, 本文提出了采用离焦的方法以增大接收视场角。以满足通信所需最低能量(-35 dBm)为基准, 理论推导了探测器接收能量、接收视场角(FOV)、离焦接收能量及离焦量之间的相互关系, 并通过Matlab仿真, 分析对比了离焦接收能量和离焦量对接收视场角的影响。结果显示, 当离焦量为05 mm时, 离焦接收能量从-209 dBm提高到-41 dBm, 接收视场角能增大027 mrad; 当离焦接收能量为-41 dBm时, 离焦量从02 mm扩大到10 mm, 视场角能增大1.75 mrad。通过对比表明, 提高离焦接收能量以及扩大离焦量都可以增加接收视场角, 且扩大离焦量的效果相对比较明显, 这对后续离焦系统的设计提供了理论指导依据。