在激光通信系统中，激光光斑的检测精度对于通信系统具有重要意义。为了提高光斑定位精度，提出采用基于光电探测器的激光章动定位算法，分析了空间光到单模光纤耦合基本原理，研究了横向偏移对耦合效率的影响，推导了章动定位算法的表达式，利用Matlab仿真分析了章动算法的定位精度和影响章动扫描的参数。仿真结果表明：章动定位算法得到的光斑定位精度为0.04μm，满足通信系统对于光斑检测的要求。

分析了以卡塞格林（卡式）望远系统作为光学天线时, 大气激光通信捕获、对准和跟踪系统中四象限光电探测器光敏面上环形光斑位置检测的误差问题。基于光斑中心遮挡与死区感应光能量的等同效应, 理论推导了入射环形光斑偏移量与光斑中心坐标、探测器死区宽度和环形光斑内外圆半径之间关系的数学模型。数值仿真和实验结果表明: 与完整高斯光斑相比, 环形光斑的探测线性范围较小, 检测灵敏度较低。根据实验条件选择合适的卡式光学天线或光斑半径, 使遮光比为30%时探测器的探测线性范围最大, 不会出现非线性误差。所提环形光斑误差补偿算法克服了光斑中心遮挡带来的位置检测误差, 探测器探测精度可达0.0015 mm。

针对同时存在方位偏移及俯仰误差的情况, 提出了一种适用于捕获、对准与跟踪系统的光斑检测方法.分析了破碎光斑与高斯完整光斑的位置误差; 解决了当光束存在漂移、入射光束与天线视轴不平行同时存在而四象限探测器无法分别探测的问题.最后实验验证了本文方法的有效性, 提高了检测的准确度.

针对激光模拟射击系统对激光光斑进行快速、高精度质心定位的要求, 提出了一种基于视频序列图像的光斑检测与高精度质心定位方法。该方法首先利用帧间差分图像和噪声估计参数对射击突发事件进行检测; 然后利用噪声估计方法确定光斑的分割阈值, 结合形态学滤波对目标光斑和背景噪声进行有效分割, 提取光斑区域, 同时降低窗口内外噪声。最后, 用4帧差分图像合成1帧高分辨率的图像来抑制图像噪声和计算误差的影响, 实现光斑质心的高精度定位。实验结果表明, 本文方法的光斑质心定位精度与稳定性均优于传统的方法; 其中光斑质心定位精度达到了亚像素级别, 稳定性度量平均值为0.000 49, 优于传统方法的0.002 97。得到的结果显示, 提出的方法有助于提升激光射击系统的性能。

利用大气湍流对光束的扩展、背投成像原理和卡塞格林望远系统，提出了一种适用于大气激光通信捕获、对准和跟踪系统的光束对准检测方法，并对其进行理论分析和实验验证。该方法利用光斑形状和光斑形心位置综合解算光束的横向偏移量和轴向偏转量，解决了一般方法无法分辨出光斑在接收焦平面的移动是由于光束横向偏移还是轴向偏转引起的问题，以及光束横向偏移量无法被精确检测的问题。实验结果表明，该方法可有效地对光束对准状态进行检测，最终实现分辨率为2.2 μrad的角度偏转量和分辨率为0.25 mm的横向偏移的检测。

研究了实时高精度激光光斑检测方法。利用高帧频、高灵敏度CCD采集14位激光光斑视频；分析了激光光斑的特征，在使用阈值分割出光斑区域后，通过上三邻域连续点计数算法检测了激光光斑区域；分析了激光光斑中余光斑存在的原因，利用平均阈值法滤除了余光斑，在剩余的主光斑中计算获得了更为精确的光斑中心(含质心与形心)，制定了以参考帧为基准的视频帧序列的操作序列法光斑检测流程，解决了传统相邻帧相减法无法检测逆光斑帧及光斑中心位置不同的连续相邻光斑帧的问题。实验结果表明，算法可实践用于在线实时与离线实时的高精度激光光斑检测。

针对空间激光通信中精跟踪光斑检测的特点与要求,本文提出使用自动增益调整的方法来克服光强饱和效应。该方法根据空间激光光斑变化原理与特点,采用DSP 器件作为核心处理器,完成光斑中位置计算、平滑滤波等功能。实验结果表明本系统不但能够实时输出光斑脱靶量,而且还能够根据不同的输入光功率,自动调整系统增益,从而克服由于光强饱和而造成的光斑检测失效;通过实际测量四象限探测器的转移特性曲线,表明本系统可以实现高精度光斑检测,角度分辨率为10.1 μrad,经数字滤波后器件细分能力提高1 倍。同时该系统可以通过外部配置调整滤波器阶数、正交补偿角等内部参数。