目前提出的频谱占用模型能够在时域上描述和重现基本的统计特征，如传统的地面移动通信的频谱占用/空闲周期长度可以用经典的广义帕累托(GP)分布、指数分布等分布来拟合。然而在某些复杂的如卫星链路频谱占用场景中，传统的参数估计分布无法给出良好的拟合。为此提出了用核密度估计(KDE)的方法来进行概率密度分布的拟合，在此基础上，分别采用差分整合移动平均自回归模型(ARIMA)和模糊神经网络对频谱占用模型的时间序列进行预测并进行对比。结论表明，核密度估计的使用可以更加准确地描述并再现卫星下行链路所使用S频段的占用时间序列的统计特征，而模糊神经网络的预测比ARIMA模型预测更加精确。

为了研究雪崩光电二极管(APD)对大气传输后的激光进行探测时, 所受大气湍流效应及APD噪声的影响, 分析了激光在湍流大气中传输、APD对激光探测两个过程, 结合APD的探测原理, 建立了指数威布尔-高斯双重随机过程模型。通过实验测量了不同信噪比、不同大气湍流下APD输出电流的概率密度, 对探测距离不同、接收口径不同的情况进行了仿真。结果表明, 接收信噪比为2,5,10时, 光强分布方差分别为0.5354,0.3565,0.2781, 偏移量分别为0.05,0.0109,0.0029; 大气折射率结构常数为2.5×10-15,3×10-14,4.9×10-14时, 方差分别为0.1198,0.2781,0.4035, 偏移量分别为0.0002,0.0029,0.0039; 双重随机过程模型可准确描述经过大气传输的激光被APD探测的过程; 探测器口径的变化对APD输出电流的概率密度影响不大, 而接收信噪比、探测距离、大气折射率结构常数的增大会使APD输出电流平均值较信号电流产生较大偏移、且离散程度加剧。该模型的建立对激光探测技术研究具有一定的参考价值。

基于光路复用机理，提出了一种激光近程动态扫描探测方法。基于重尾函数建立了一种脉冲激光发射波形数学模型，推导了脉冲激光近程动态探测冲击响应及回波方程。建立了一种脉冲激光测距概率统计分布模型，研究了脉冲激光发射功率/脉宽、阈值检测电压、等效均方根噪声电压以及激光出射角对测距概率分布的影响机理。结果表明：随着发射功率的增加，测距精度提高且分布曲线逐渐偏离真实值；测距精度随着激光发射脉宽的增加而递减；随着阈值电压的提高，分布曲线向右移动；距离测量分布曲线随着等效均方根噪声电压的增加而宽度增加、幅值减小；随着激光出射角度的增加，测距分布曲线向右移动，测距精度随之降低。

基于液晶空间光调制器进行了Non-Kolmogorov湍流的室内模拟实验, 并对光强概率密度分布、光强闪烁指数及光强时间频谱进行了分析, 完成了模拟实验结果与相关湍流理论之间的对比验证.实验结果显示：在弱湍流下, 归一化对数光强近似服从正态分布, 且随着湍流强度的减小, 正态分布拟合系数增大; 光强时间频谱高频段的幂律随着湍流功率谱幂律的减小呈减小趋势, 与理论分析一致, 但具体数值小于理论预测; 闪烁指数则随着大气相干长度的增大而减小, 在大气相干长度小于0.05 m的范围内闪烁指数急剧变化, 在大气相干长度大于0.2 m之后趋近平缓, 这一变化趋势与湍流幂律无关, 与理论预测一致, 表明湍流模拟实验能较好地再现湍流对无线光通信中接收光强的影响.模拟实验的误差分析表明, 不同强度湍流的模拟实验其误差主要来源不同, 可为实验的进一步改进提供针对性建议.

以马赫-曾德尔干涉仪为模型，分析了基于相干态光源的量子干涉雷达的探测原理，系统研究了由大气闪烁引起的光强起伏和大气损耗对量子干涉雷达性能的影响。将湍流大气视作耗散-涨落通道，结合经典湍流统计推导得到了湍流大气的透过率系数概率分布(PDTC)函数P(T)。利用P(T)分析了量子干涉雷达的灵敏度、分辨率，深入讨论了大气平均透过率T-A、闪烁指数β2D对其探测性能的影响。结果显示：高损耗环境中大气闪烁引起的透过率起伏能显著提高相干态量子干涉雷达的灵敏度。

利用红光激光器、3M微晶棱镜阵列反光膜和长焦高速CCD相机构建的折返路径激光成像探测系统,进行了湍流大气中1 km传输路径上的 激光光斑回波成像探测实验,同时使用激光闪烁仪实时监测湍流强度变化。首先对获得的激光回波光斑图像的强度分布进行了 直观分析,比较了在不同湍流强度下折返路径激光光斑形态的差异,接着统计计算了不同湍流强度下,光斑光强概率密度分布与 光斑图像位置和区域面积大小的关系。结果表明: 折返路径下的激光传输光强起伏概率密度函数在光斑上的各处基本都 符合对数正态分布,但在质心附近的区域符合程度更高,且符合程度与接收面积大小呈负相关。同时湍流强度对回波 光斑平面上不同位置之间、不同接收区域大小之间符合正态分布程度的差异有一定影响。

在兰州地区夜间进行了链路长为610 m的激光传输实验，研究了高斯激光在不同天气条件下的光强分布及其起伏特性.采用三维伪彩色变换方法，分析了光斑光强的空间分布规律，得到了光斑主瓣光强服从类高斯分布，并按照晴天、多云天、阴天的顺序，光斑几何中心位置附近光强分布的陡峭度依次减小，而其衰减则依次增大的结论.同时，利用实测光强值分析了大气闪烁指数，结果表明: 晴天、雨后晴天和阴天下的闪烁指数分别为0.225 4、0.189 2、0.188 8，这说明晴天下的光强起伏大于雨后晴天和阴天的，且均为弱起伏.通过对归一化光强的频数分布进行非线性拟合得到了光强的概率密度分布，它们均服从对数正态分布，其中晴天下的概率密度曲线的拟合优度更是达到了0.997 50.

为了研究气候变化, 需要实现遥感卫星对二氧化碳(CO2)的高精度测量。气溶胶和透射率较高的薄卷云的散射是影响大气中CO2反演精度的主要环境因素。结合主成分分析(PCA)的统计方法和光程概率分布的密度函数(PPDF)方法, 利用PCA方法得到大气CO2反演的先验值, 避免了因偏差过大而导致的运算结果无法接近真值; 基于3层PPDF模型, 解决了薄卷云和气溶胶散射引起的光子路径变化而导致的吸收谱线变化的问题。结果表明, PCA方法和PPDF方法联合反演的反演精度得到明显提高; 对2013年塔克拉玛干沙漠GOSAT数据的反演结果进行分析, 采用单一的PPDF方法得到的反演结果的方差为3.5, 两种方法相结合得到的反演结果的方差为1.4, 优于日本国立环境研究所(NIES)提供的反演方差(1.6)。

通过测量单分子荧光亮态、暗态持续时间的概率密度统计特性, 研究了氧气含量对单分子电子转移动力学特性的影响。在富氧环境下,单分子荧光闪烁由离子态的电子布居引起, 呈现幂律分布; 在贫氧环境下,单分子荧光闪烁主要源于三重态的电子布居, 呈现指数截止型幂律分布; 在特定氧气环境下, 两种电子转移过程呈现明显的竞争效应, 部分单分子荧光闪烁服从幂律分布, 其余单分子荧光闪烁服从指数截止型幂律分布。

激光等离子体中包含了反映激光焊接过程特征的信息。利用激光等离子体光电信号同步检测系统，检测激光等离子体的光电信号并进行光电信号的对比分析，阐明了电信号与等离子体温度之间的关系；对A304不锈钢、430不锈钢、碳钢Q235等材料的激光表面自熔焊接过程的等离子体电信号进行了实时检测及概率密度分布分析，对深熔焊特征最明显的A304不锈钢进行了电信号概率密度分布的标准差分析。研究结果表明：利用激光等离子体电信号能够实时反映激光焊接等离子体的温度变化的特点，可以根据激光等离子体电信号概率密度分布来分析激光焊接模式的特点，进一步的标准差分析法可以判断A304不锈钢激光焊接的模式。