遥感卫星在**和民用探测等领域发挥着重要作用，而大气湍流严重影响高分辨率遥感卫星的成像质量。本文重点研究了遥感卫星对地探测时，相机口径、卫星轨高和大气湍流强度对空间相机成像质量的影响。首先，基于球面波传输模型和Kolmogorov湍流理论，针对空对地探测湍流波前进行仿真。然后，分析畸变波前随相机口径、卫星轨高和大气相干长度的变化规律，并推导出普适公式。在此基础上，进一步推导出空间相机成像分辨率随相机口径、卫星轨高和大气相干长度变化的计算公式。最后，研究了大气湍流对空间相机调制传递函数（MTF）的影响，并以MTF=0.15为基准，仿真分析了MTF相对误差随相机口径、卫星轨高和大气相干长度的变化规律。本研究为高分辨率遥感卫星的设计、分析和评估提供理论依据。

太阳望远镜内部因太阳辐射作用使镜面升温，镜面上方产生局部大气湍流，导致镜面视宁度不佳，从而造成像质的严重衰减。文中基于温度梯度和气体流动导致固体-流场的耦合作用，提出镜面视宁度效应的形成机制，建立湍流大气光学产生镜面视宁度效应的理论，利用1 550 mm大口径双曲面镜的实验数据推导并验证镜面视宁度的实验模型，并对太阳望远镜主镜温控目标进行确定。在自然对流和强迫对流两种条件下，不同环境风速时镜面温差改变对镜面视宁度的影响。结果表明：镜面温差和环境风速与镜面视宁度相关性很强，增加主动通风可以降低镜面视宁度。温差是4 ℃条件下，自然对流时镜面视宁度为 1.43″；温差是 3 ℃条件下，0.2 m/s 强迫对流时镜面视宁度为 0.44″，1 m/s 强迫对流时镜面视宁度为 0.27″。根据镜面视宁度效应容差标准，在0.2 m/s强迫对流条件下，镜面-空气温差应控制在0.2 K以下；在1.0 m/s强迫对流条件下，镜面-空气温差应控制在1 K以下。此研究成果旨在揭示空气湍流的形成机理与传播规律及其对望远镜像质退化影响规律，为提升大口径太阳望远镜工作分辨率奠定基础。

星地激光通信具有高带宽通信的潜力，但大气湍流会显著影响卫星对地和地对卫星这类通信系统的能力。星地通信系统的室外实验费用昂贵且难以重现，现有的数值仿真大都基于水平均匀路径，不适用于星地链路长距离且不均匀的湍流路径，为了评估湍流对通信系统的影响，因此开发适用于星地链路的数值仿真是非常重要的。在数值仿真中，模拟湍流的相位屏数量太多会增加系统的复杂度，通过计算传统的Kolmogorov谱下相位屏为2层、3层、6层、11层以及21层时观测面光场的互相干因子并将其与理论值比较，发现三层模型能够在保证传输准确性的同时降低系统的复杂度。在此基础上，提出了地星大气激光传输三层模型，分析了不同湍流谱模型下（Kolmogorov谱与Non-Kolmogorov谱）的高斯光束辐度轮廓变化以及接收光束相干性的变化。仿真结果表明，在相同的大气条件下，与Kolmogorov谱相比，谱指数随高度变化的Non-Kolmogorov谱对传输光束的幅度以及相干性的影响更大。

为改进脉冲位置调制方式的性能，结合差分脉冲位置调制和多脉冲位置调制的优势，提出一种新型差分脉冲位置调制方式。在给出其符号结构的基础上，分析了其传输容量、带宽需求和功率需求，推导出Gamma-Gamma湍流信道下自由空间光通信系统的平均误时隙率和误包率模型，仿真分析了湍流强度、传输距离和调制阶数对该系统性能的影响，并将其与开关键控和三种脉冲位置调制方式进行比较。理论分析与仿真结果表明，新型差分脉冲调制方式比单脉冲位置调制、差分脉冲位置调制和多脉冲位置调制具有更高的传输容量，比单脉冲位置调制和差分脉冲位置调制具有更低的带宽需求，比多脉冲位置调制和开关键控具有更高的功率利用率和更好的差错性能，而且不需要符号同步，可以简化系统实现的复杂度。