对于机载激光通信的传输信道，分析了大气信道中的衰减、光强闪烁、光束漂移及气动光学效应等复合效应，并推导了接收光束尺寸、链路中断概率和误码率等传输性能。仿真分析表明：一方面，接收光束尺寸受光束漂移及气动光学效应的影响而增大，且在低空条件下的光束尺寸主要受到大气湍流的影响而导致其大于高空条件的；另一方面，长距离的机载激光通信链路需考虑光束漂移的影响，并可通过优化发射光束大小进行抑制。

采用多层相位屏的数值仿真方法,综合考虑大气衰减效应和湍流效应,研究了不同湍流强度和不同源相干度条件下超连续谱激光的光束扩展、光斑漂移以及闪烁特性,并对比分析了超连续谱激光传输与单色激光传输特性的差异.结果表明：湍流越强或源相干度越好,超连续谱激光的相对光束扩展越严重；湍流愈强,光斑漂移愈严重,但不同源相干度的超连续谱激光的质心漂移方差几乎相等；降低超连续谱激光的源相干度可以在一定程度上减弱光强起伏的闪烁效应,并降低闪烁指数对离轴距离的依赖性；与单色激光相比,湍流对超连续谱激光的光束扩展以及闪烁效应影响较弱,而质心漂移效应两者差异不明显.单色激光大气传输的数值仿真结果与理论解析结果基本吻合,在一定程度上说明了数值仿真过程的可靠性.该研究不仅提出了一种获得超连续谱激光大气传输特性规律的有效仿真手段,而且为超连续谱激光传输的工程应用提供参考.

基于多相位屏原理并利用功率谱反演法,建立了光强闪烁对脉冲到达时刻抖动的影响模型,仿真研究了不同接收孔径和不同传输距离条件下脉冲到达时刻抖动的变化规律。仿真结果表明:在孔径接收条件下,脉冲到达时刻抖动呈正偏态分布;采用大孔径接收天线可有效抑制脉冲到达时刻的抖动;与近地端相比,传输距离的变化对远地端脉冲到达时刻抖动的影响较小。搭建了大气湍流引起的脉冲到达时刻抖动的实验平台,采集了经过湍流信道传播的秒脉冲波形,利用门限检测法确定了脉冲到达时刻。实验结果表明,脉冲到达时刻抖动分布与理论分析结果相符。

基于Rytov方法并采用von-Karman模型对艾里光束的光强闪烁进行了分析。根据接收器接收面上光强度分布不均匀的现象, 提出了艾里光束的面光强闪烁模型, 推导了艾里光束在大气湍流中的面光强闪烁的表达式。数值仿真结果表明: 当光束宽度一定时, 相同光束传播距离下指数截断因子越小, 光强闪烁越小; 当传播距离为3 km、指数截断因子为0.2时, 艾里光束的宽度约为1.6 cm, 光强闪烁最小。此外, 光源强度和接收光强相同时, 将艾里光束与高斯光束进行了对比, 发现艾里光束的光强闪烁小于高斯光束的光强闪烁。

大气相干长度是大气光学研究领域中定量描述大气湍流介质的重要参量之一。分别介绍了大气相干长度的光强闪烁法和差分像运动测量法，并利用边界层闪烁仪和大气相干长度仪同时间同地点测量了戈壁某地近地面一公里传输路径上的大气相干长度，通过实验观测对比发现利用闪烁法测量的结果比利差分像运动法测量大气相干长度的值略小，但其量级和时间变化趋势基本一致。

Gamma-Gamma模型是目前无线光通信中常用的光强闪烁模型。针对其参数模型较为复杂，各种近似模型的使用无参考依据的问题，在高斯光束下，通过仿真计算的方法，分别研究了波形条件、孔径尺寸、传输距离、内外尺度、湍流强度以及波长六方面因素对Gamma-Gamma模型的影响情况。结果表明：波形条件、孔径直径、传输距离、湍流强度对其影响都是不可忽略的，而内外尺度、近红外波段波长的影响则可以忽略不计；同时，只要孔径直径与传输距离的比值保持不变，则Gamma-Gamma模型分布特性不变。这些结论可为实际应用中模型的简化和无线光通信设备参数的设置提供参考和依据。

在10℃～230℃温差下, 对大气相干长度r0分别采用夏克哈特曼的到达角起伏法、差分像运动法、波面法三种测量法和四象限探测器进行了测试和对比；对折射率结构常量C2n及闪烁功率谱分别采用夏克哈特曼和光电倍增管进行对比.实验结果表明：对于r0, 在强湍流时四象限探测器比夏克哈特曼的稳定性明显降低, 且对夏克哈特曼三种方法, 差分像运动法可克服设备抖动等问题, 但引入了方向上不一致的问题, 波面法可有效避免该问题；对于C2n, 夏克哈特曼比光电倍增管测量更稳定, 拟合相关系数高达0.96；对于闪烁功率谱, 由于噪音影响, 在200℃时夏克哈特曼比光电倍增管测得的最大频率高15 Hz；最后, 通过对夏克哈特曼子孔径的闪烁功率谱分析得出, 若同一子孔径入射光强不在CCD响应的线性区间时无法准确测量闪烁功率谱, 否则可通过不同子孔径可完成湍流均匀性的测量.这将为湍流池提供最优的测试方法及理论依据.