面向激光探测需求，创建了涵盖“光学设计-结构设计-元件制造-装调集成-性能评价和应用”的精密光机系统全环节研发平台。发展了“光学设计-结构设计-力热学设计”高效耦合的综合设计方法，建立了基于光机误差分解的精密装配集成方法，形成了透射光学系统定心装调、反射光学系统的高精度集成装配流程和技术，配备了光学系统波前和成像性能检测仪器，支撑了多种复杂功能的精密光机系统的研制。本文全面梳理了同济大学面向激光探测需求的精密光机系统和仪器研制方面的科研工作，针对我国“星光III”强激光装置的探测需求，研制了首套联合视频合成孔径雷达和扫描光学高温计的主被动复合诊断装置和辐射高温光学测量系统，共同为“星光III”开展超高压物态方程实验提供了技术支撑与诊断测试手段。面向海环境下目标与环境激光散射特性的测量需求，研制了发散光激光雷达散射截面测量装置和双功能平行光LRCS激光测量装置，实现了模拟海环境下标准散射体与海环境的激光散射特性的精确测量，为超低空激光雷达研制提供了数学模型和实验数据。

将Lambert-Beer定律引入双向反射分布函数，推导出一种适用于球形合作目标后向激光雷达散射截面的数学计算模型，并以此为理论基依据，建立了用于测量微珠合作目标后向激光雷达散射截面的实验系统，利用该实验系统，开展了对不同材料球形合作目标回波信号相对强度的光谱数据测量，同时采集50 mW、80 mW和300 mW这三个典型发射光功率所对应球形合作目标处的光斑图像。根据光谱数据分析，计算得到不同材料微珠合作目标的后向激光雷达散射截面。研究结果表明，折射率为1.46、1.51、1.93的球形合作目标的激光雷达散射截面均随着激光功率的增加而呈现出线性增长的趋势；当激光功率一定时，折射率为1.93的球形合作目标的激光雷达散射截面要明显大于折射率为1.46和1.51球形合作目标的激光雷达散射截面，该研究结论为激光雷达散射截面的理论研究和实验测量提供一定的理论依据和数据参考。

为了减小激光雷达散射截面(LRCS)测量过程中激光能量和大气状态不稳定带来的测量误差, 提高LRCS测量准确度, 采用基于多个探测单元同时测量的多站对比误差校正方法, 推导了一个新的LRCS计算公式, 讨论了传统对比方法测量LRCS的适用范围和局限性, 分析了在非理想条件下激光器的能量起伏和大气状态的变化对LRCS计算带来的误差, 并通过实验对两种方法的测量结果进行了分析比对。结果表明, 设计的多站比对测量方法科学可行, 采用多站对比公式计算的LRCS值准确度高, 可以有效减小或消除测量过程中激光能量和大气状态的不稳定带来的测量误差。

复杂目标的激光雷达散射截面（LRCS）一直以来是激光探测和隐身中很重要的一个参数。对于LRCS计算的理论方法已经比较成熟，但是在将目标建模、目标表面材料涂覆、目标整体LRCS计算相结合的一体化设计方面，还存在一些有待解决的问题。针对该问题，介绍了一种基于Unigraphics造型软件，结合图形电磁计算(GRECO)以及双向反射分布函数（BRDF）模型的复杂目标（涂覆）LRCS计算软件的一体化开发方法。计算实例表明，使用这种方法，程序的一体化设计效果良好，而且具有较高的计算精度和准确性。

论述了激光雷达散射截面(LRCS)信息的重要性, 从基本定义出发, 分析 LRCS表达式及其物理意义。依据辐射传输原理和光电探测原理, 推导 LRCS测量数学模型。依据目标与照射光斑截面大小关系, 引入了目标系数 δ概念。从目标系数、辐射标定标准选择、激光照射系统性能、激光探测系统性能以及大气环境参数等诸多方面, 较全面地分析了测量误差来源, 以及减少或修正误差的方法, 并以误差树的方式直观地表示了误差来源及影响作用。从测量数据可信性、可交换性和可用性原则出发, 提出了测量数据记录要求, 并编制了测量数据记录表。对开展激光雷达目标散射特性研究具有重要参考价值。

激光隐身技术可以降低目标在激光工作波长处的反射特性，从而削弱敌方激光探测设备的探测能力,有效保护己方目标。对目标的激光隐身效果进行评估，对于激光隐身技术的发展和应用具有重要作用，激光雷达截面(LRCS)是描述目标对入射激光散射能力的物理量，根据战场激光信号的特点，提出利用目标隐身前后，目标激光雷达截面在不同反射方向的变化来描述激光隐身效果，对于处于研发阶段的隐身效果评估，以未隐身目标作为评估基准；对于处于应用阶段的隐身效果评估，以标准漫反射板作为评估基准，从而实现对目标激光隐身效果评估。该评估方法可以全面考核描述激光隐身效果，具有较好的操作性。

利用双光路探测研究了大气条件变化对外场目标激光雷达散射截面测量准确度的影响.将双光路探测应用于比对测量后,推导出了新的比对测量公式,进行了实验验证,并讨论了其适用条件.通过对漫反射板激光雷达散射截面的外场实测,结果表明:利用新的比对测量公式,不仅能有效减小测量过程中因大气条件变化带来的误差,提高测量准确度,而且计算过程较为简单;工程上易于实现.

针对激光雷达散射截面的测量精度，指出测量中存在的背景散射问题。给出了激光雷达散射截面的测量方程，分析了地面、支撑架等背景散射对激光雷达散射截面测量精度影响的机理。根据测量方程和影响机理提出了敷设消光材料、多次比对测量、尺寸匹配等方法，并对敷设消光材料法进行了实验验证。实验表明：所用方法能够有效地减小背景散射，提高激光雷达散射截面的测量精度。

研究了复杂目标激光雷达散射截面(LRCS)与电磁波段雷达散射截面的差异,提出使用可视化技术计算复杂目标后向激光雷达散射截面的流程框图,并使用该技术对某飞机全尺寸模型进行了计算。将计算结果按缩比关系换算,得到了1∶8缩比模型的散射截面。利用标准板定标法,在外场环境对1∶8缩比模型进行了实际测量,获得了缩比模型散射截面的实验数据。对计算数据与测量数据进行了对比分析,结果表明,在目标主要散射方位,理论计算和测量结果一致;通过缩比模型的测量可以获取全尺寸目标的激光散射特性。

根据粗糙面散射理论,用相位微扰法推导出了从随机粗糙介质表面散射的激光雷达散射截面的理论计算公式。计算了几种粗糙表面样品在1.06 μm下的单位面积激光雷达散射截面,数值结果与实验数据基本吻合。