针对波前整形的背景噪声问题，提出了一种有效抑制背景噪声的算法。首先搭建闭环波前整形聚焦系统，并基于传统遗传算法进行聚焦实验以验证系统的有效性。然后从增强信噪比的目的出发，提出与以往的多目标优化遗传算法不同的迭代方法，即采用增强倍数而不是绝对强度的判别式来评估目标点的聚焦质量。实验结果表明，改进后的遗传算法将显著噪点亮斑的面积减少了70.4%，聚焦光斑的圆度由0.83提升到0.93。基于实验结果提出背景平均光强与调控面积之间的量化关联模型，并通过量化关联模型对统计实验数据进行拟合，验证了该模型的有效性，实现对聚焦后背景噪声的定量表述。

单光子激光雷达（又称光子计数激光雷达）具有单光子量级的探测灵敏度，相比于传统的线性探测激光雷达，能够获得更远的探测距离，已经成为激光雷达探测技术的前沿和发展趋势。然而，极高的探测灵敏度也使单光子激光雷达在探测中极易受到背景噪声光子的干扰，这在很大程度上降低了其在白天工作的性能，也极大地限制了其适用范围。文中从单光子激光雷达的探测原理出发，简要回顾了其技术发展，分析了全天时工作对单光子激光雷达探测系统的需求，在此基础上，采用一种新型的光谱滤波技术，极大地提升了单光子激光雷达在白天的探测性能。同时，还提出了一种普适性的评价模型，能够极为直观地对各种激光雷达系统的探测性能进行评价。

为分析天琴计划激光测距台站卫星激光测距探测能力，设置单脉冲能量（平均功率）分别为0.15 mJ（0.015 W），0.4 mJ（0.04 W）和4 mJ（0.4 W）对同步轨道卫星qzs2、compass i3和compass i5分别于夜晚和白天进行激光测距实验。理论方面，分析了白天天光背景噪声强度，并结合雷达方程计算了不同平均功率条件下卫星激光测距的有效回波率，重点分析了平均功率对卫星激光测距探测能力的影响。实验方面，固定望远镜俯仰角（E=50°），旋转望远镜测量不同指向时的天光背景噪声强度。采用探测效率为60%（@1064 nm）的超导探测器阵列，并结合空间滤波、时间滤波和光谱滤波的方法抑制背景噪声，开展了小功率白天卫星激光测距。分析得到，白天对同步卫星激光测距的最小功率为0.04 W，夜晚对同步卫星激光测距的最小功率为0.015 W。天琴计划激光测距台站已具备白天和夜晚全时段常规卫星激光测距能力，将为今后天琴计划引力波探测卫星全时段激光测距奠定基础。

为了提高高动态环境下星敏感器的质心提取精度，提出了一种基于自适应滤波的在轨校正方法。该方法能够适应角速度变化的星敏感器，自适应的调整校正矩阵。使用提出的基于时空相关性的噪声估计滤波器跟随星点窗口实时更新校正矩阵，对星点准确校正。与传统地面校正方法相比，本文方法不仅减少了成本，且实时更新校正矩阵，校正更加可靠。通过实验验证了所提算法在高动态下对星敏感器校正的有效性，与现有只能低速星敏感器（≤0.1°/s）的在轨校正方法相比，本文方法能适应更大范围的角速度（0~3°/s），准确的校正高动态星敏感器，提高质心提取精度，对提高星敏感器的动态性能具有指导意义。

针对“低慢小”目标光学成像识别能力差、复杂背景下信噪比低等问题，设计了一款低空高空间分辨率激光雷达光学系统。发射光学系统扫描器件采用MEMS反射镜，设计了专用扩束光学系统保证不同扫描角度发射激光的光束质量；接收光学系统采用物镜、数字微反射镜器件结合偏振器件，可同时实现激光回波接收与可见光成像，相较于采用单点探测器接收的激光接收系统，具有背景噪声低的优势。给出了光学系统的性能参数，利用光学设计软件设计了光学系统，该系统空间分辨率为0.5 mrad/pixel，扫描点阵列规模为200×200。模拟结果表明设计方法可行，计算其在大气中的探测距离可达到1000 m，背景噪声相较于单点探测器接收系统可降低约22162倍。