为了深入认识大气闪烁的时间频域特性，给在大气中工作的光学系统的工程设计和性能评估提供参考，理论推导了大气闪烁功率谱的通用解析表达式，数值研究了不同传输条件下大气闪烁的时间频域特性。孔径接收下，对于水平均匀路径，平面波闪烁功率谱高频区近似呈现-17/3幂率，球面波近似呈现-11/3幂率；对于整层下行路径，高频区均近似呈现-17/3幂率，低频区与高频区之间存在一缓变区，孔径越大，缓变区越宽。典型大气条件下低频区加上缓变区的频谱宽度约为150 Hz。

多输入多输出(MIMO)技术是消除大气闪烁对空间光通信的影响和降低误码率(SER)的有效手段之一。针对2×2空间光通信系统，将Alamouti空时码与跳时超宽带技术(TH-UWB)结合，提出一种适合脉冲位置调制(PPM)的循环空时编码(RSTC)方法，推导了等增益合并(EGC)最大似然检测(MLD)和相关矩阵检测(CMD)的两种解码算法，最后分析了系统误码性能。在弱湍流和准静态衰落信道条件下仿真，结果表明，无论是在信道信息(CSI)已知还是未知情况下，编码2×2系统的误码率高于未编码的。该编码方法获得了空间和时间分集，相关矩阵检测法取得相似于信道最大比值合并（MRC）的效果，但随信道间相关性增加其误码性能下降明显。

上行传输光束的闪烁起伏影响星地激光链路的稳定性,而利用时间平滑效应增加光电探测器曝光时间是克服大气闪烁的有效途径之一。考虑曝光时间的平滑效应,分别导出了小天顶角和大天顶角下的时间平滑因子表达式,在此基础上,分析了接收终端离地高度和天顶角对时间平滑效应的影响。研究结果表明,不管是大天顶角还是小天顶角下的上行传输光束,通过增加探测器的曝光时间都可以大大减少起伏强度,提高瞄准捕获跟踪链路的稳定性。研究结果还表明,随着接收终端离地高度和天顶角的增大,大气闪烁时间平滑作用降低。

为了给空间光通信的瞄准捕获跟踪链路的设计提供参考，实验研究了强湍流区的大气闪烁时间平滑效应，并考虑大气闪烁和瞄准抖动误差，分析了空间光通信的跟瞄链路的强度起伏统计规律；在此基础上，分析了时间平滑对链路衰落起伏的改善作用。实验研究结果表明，随着曝光时间的增加，强湍流区的大气闪烁起伏幅度减小，当曝光时间达到几十毫秒时，强湍流区的大气闪烁起伏服从对数正态分布；在确保空间光通信系统的链路跟踪中断概率小于10^－3以下，采用时间平滑可以使所需的衰落冗余减少15dB～20dB。

将光CDMA技术应用到无线光通信中。提出了基于脉冲位置调制的二维大气无线光CDMA通信系统，并分析了该通信系统的性能。考虑多用户干扰、APD噪声以及热噪声等干扰因素的影响，采用数值分析的方法，详细分析了大气湍流引起的大气闪烁对二维无线光CDMA通信系统误码率的影响。结果表明，大气闪烁是影响二维无线光CDMA系统误码率性能的一个重要因素；当大气闪烁的对数方差较小(如σ(2，s)=0．1)时，该系统可以实现高速率通信；当大气闪烁的对数方差较大(σ(2，s)≥0．2)时，在有限的光功率条件下，该系统难以实现通信，需要采用信道编码技术来提高系统的误码率性能。

基于孔径接收的对数振幅相关函数,结合星地激光下行链路的实际情况,推导了星地下行孔径接收的闪烁频谱表达式。分析了天线孔径和天顶角对闪烁频谱的影响。通过恒星观测实验,对下行孔径接收的闪烁频谱进行了实际测量。实验结果验证了理论计算。研究表明,下行孔径接收的闪烁频谱分为低频段和高频段两部分。低频谱为常量,高频谱呈指数关系变化,指数下降因子为(-11/3)。随着接收孔径尺度增加或天顶角减小,频谱幅值逐渐减小,但闪烁频谱的形状保持不变。

在无线光通信系统中采用光码分多址(OCDMA)技术,可以充分利用其丰富带宽,提高系统性能。考虑背景光噪声、探测器噪声、多用户干扰和大气闪烁等影响因素,给出了二维无线光码分多址(2D-WOCDMA)系统模型,在该模型中采用了脉冲位置调制(PPM)和光纤布拉格光栅(FBG)编解码器。通过数值分析,详细讨论了该无线光通信系统的性能。结果表明,大气闪烁是影响二维无线光码分多址通信系统性能的重要因素,当其对数方差较大时,系统难以实现通信,需要采用诸如多用户检测、信道编码及阵列接收等技术提高系统的性能;二维无线光码分多址通信系统适合采用1550 nm波段;该通信系统还受背景光、雪崩光电二极管(APD)增益和调制消光比等因素的影响。

利用大气闪烁的时间平滑效应,增加光电探测器曝光时间是克服大气闪烁对大气光通信的瞄准、捕获、跟踪链路影响的有效途径之一。基于科尔莫戈罗夫谱,导出了弱湍流起伏区无限平面波和球面波的大气闪烁时间平滑因子的一般表达式,并且用几何光学近似得到了在大孔径和小孔径接收情况下的时间平滑因子近似表达式。在孔径远大于菲涅耳区尺度时,平面波和球面波的时间平滑因子的近似表达式与精确表达式的误差分别小于6%和3%。分析结果表明,孔径越小,时间平滑效应越显著,并且菲涅耳区尺度对时间平滑效应影响的程度也随着孔径的增加而减弱。

大气湍流效应是光通信系统中不可忽视的一个重要问题,主要表现为大气闪烁、光束抖动、光束漂移等,这些现象都给探测系统带来附加噪声,使系统的接收灵敏度下降.本文主要讨论激光大气传输中强度闪烁效应(大气闪烁效应)的理论基础,以及强度闪烁的计算机模拟.

介绍了空间激光通信中大气闪烁问题的研究进展;分析了激光大气闪烁效应对空间激光通信的影响；阐述了不同发射镜数目、各发射镜之间的距离和接收天线孔径对大气闪烁效应的影响, 给出了利用自适应光学系统减弱大气闪烁效应的原理；提出了解决空间激光通信中大气闪烁问题的思路。