设计了综合斜程传输和光束扩展影响下的相位屏组来模拟光束经大气层斜程传输后产生的波前畸变, 先利用功率谱反演法和次谐波补偿法生成垂直传输路径的相位屏, 再结合斜程大气传输理论对相位屏进行斜程修正, 得到适用于模拟斜程大气湍流影响的相位屏。通过数值分析对比了斜程相位屏与垂直路径相位屏相位结构函数的差别。结合光束扩展情况计算每个高度区间对应的波前畸变空间分布, 建立了相位屏组模型, 最后得到接收光波面各位置的相位分布。

基于大气气溶胶在空间的不均匀分布, 提出并利用激光在大气气溶胶中的斜程传输模型开展卫星激光测距在气溶胶中探测性能的研究, 即将气溶胶的分布分为水平及垂直方向, 在垂直方向将其分为无穷多层, 令每层气溶胶的水平方向浓度分布均匀, 结合气溶胶粒子的散射截面、尺度分布函数, 计算激光在每层气溶胶中的透过率, 最后进行积分得到激光的大气传输透过率.结果表明, 与Kim经验公式及Mie理论模型相比, 由斜程传输模型计算得到的激光气溶胶透过率更接近实验值, 其平均相对误差降低了一个数量级, 仅为3.5%, 表明该模型可准确地计算激光在气溶胶中的传输特性.结合激光雷达公式, 利用该模型对气溶胶中不同轨道高度卫星探测成功率进行数值模拟仿真, 发现在轻霾环境中低轨卫星的探测成功率可达40%以上, 高轨卫星的探测成功率仅为15%, 可利用高效率探测器与高能量激光器实现轻霾环境下的卫星激光测距.研究结果能合理解释已有的实验报道并有效地预估卫星激光测距系统探测性能, 为系统的升级改造提供可靠的理论依据和技术保障.

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和Stokes参数法研究了部分相干平顶电磁光束在湍流大气中斜程传输的偏振度特性，不仅讨论了电磁光束同一极化方向上的偏振度以及交叉极化的偏振度，还讨论了光束阶数、天顶角、频率、接收高度等因素对偏振度的影响。数值分析结果表明：激光在湍流大气中斜程传输时通过提高接收高度可减小天顶角对偏振度的影响；光束偏振度随着光束阶数的增大而减小；在中心角频率附近，偏振度随着频率的增大而减小；与只考虑同极化的偏振度不同，考虑交叉极化的偏振度时，偏振度随着传输距离的增大，变化无界。

基于广义惠更斯-菲涅耳原理、交叉谱密度函数，利用修正Von Karmon谱模型以及ITU-R颁布的大气折射率结构常数模型，推导出部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中传输时的束宽及角扩展表达式，讨论并对比斜程和水平两种传输方式下天顶角、传输距离、湍流强度、相干长度等参数对光束束宽与角扩展的影响，同时分别从相对束宽和相对角扩展的角度分析各种参数对于光束抑制湍流能力的影响，并给予相应的物理解释。结果表明：当天顶角小于π/3时，光束在斜程传输时的光束扩展和角扩展量接近于垂直传输，所受湍流影响很小。传输距离大于1 km时，束宽和相对束宽随传输距离的增加而明显增加。光束相干长度越大，光束所受湍流影响越大，而束宽及角扩展会随之减小。

激光在强湍流中的传输以及斜程传输问题是随机介质波传播研究中的热点，也是难点。文中尝试建立一个可以在任意湍流环境下通用的激光传输二阶矩演化模型。首先利用广义惠更斯-菲涅尔原理及球面波结构函数的二次近似推导了高斯-谢尔波束在大气湍流中传输时的互相干函数表达式。建立了波束互相干函数的三参数模型，得到了三参数的递进公式。利用三参数迭代法计算了部分相干波束在强湍流中及斜程传输时的等效波束半径及相干长度。计算结果证明了在强湍流中，相比于直接利用广义惠更斯-菲涅尔原理的计算结果，迭代法得到的等效半径较小，而相干长度较大。在斜程路径上，上行与下行传输激光的统计特性是不同的。

根据广义的Huygens-Fresnel原理和修正Von Karmon谱模型，推导出了部分相干高斯-谢尔模型(GSM)光束上行传输时的平均光强解析式；获得了GSM 光束经角反射器回波后下行传输到接收端的平均光强表达式，并对其进行归一化处理；分析了GSM光束在上行-下行传输过程中平均光强的变化，且发射端和接收端在同一高度。数值分析结果表明：在大气湍流双程斜路径传输中，准直光束受湍流的影响比聚焦光束小；接收端在轴归一化光强随角反射器半径的增大先增大，最终趋于定值；在轴归一化光强随湍流外尺度增大几乎无变化，随湍流内尺度的增大而减小。

基于广义惠更斯-菲涅耳原理，理论上研究了具有随机相位的激光束阵列在湍流大气中的斜程传输特性。主要研究了湍流强度、占空比、传输高度和光束间的相位差对光束阵列平均光强的影响。研究结果表明：湍流会使合成光强减弱，光束扩展；同时，占空比越小，合成光场的峰值光强越小，即合成效果越差；随着光束间相位差的增大，主峰强度快速下降，最终合成光束近似于单束高斯光束模型。与水平传输时的结果进行了比较，结果显示大气湍流对斜程传输光束扩展的影响明显小于水平传输的情况。计算模型和结果为工程实际中合成方案的选择和评估提供了参考。

基于Andrews和Philips经典漂移方差模型, 利用部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中斜程传输的光束扩展半径, 推导出考虑外尺度情况时部分相干高斯-谢尔光束斜程情况下的漂移方差表达式, 应用随高度变化的大气结构常量模型进行数值计算, 对比分析了部分相干光和完全相干光在大气湍流中的展宽和漂移特性.结果表明: 相同的传输条件下, 部分相干光比完全相干光的光束扩展更迅速, 受湍流的影响也更小；初始半径越大, 接收机高度越高, 光束的扩展效应越小；随着传输距离的增大, 光束的质心漂移方差随光束初始半径的增大而减小, 不同相干性的光束漂移方差变化很小；完全相干光的光束漂移受波长的影响较小, 而部分相干光的波长越长, 漂移越明显.

运用功率谱反演法对斜程传输大气湍流扰动相位屏进行了数值模拟。通过建立激光束初始畸变相位模型，从波前峰谷值和波前功率谱密度函数两个方面，对激光束通过大气湍流后的相位特性进行了研究，重点分析了湍流传输距离和天顶角对激光束波前相位分布的影响。研究结果表明：激光束在湍流大气斜程传输后，其波前相位会发生明显畸变，且空间高频相位较低频相位所占比例明显增加；通过湍流后的波前相位与传输距离及天顶角密切相关，传输距离越长，天顶角越大，相位畸变程度越大，高频相位所占比例越多。

采用光场的一阶矩和二阶矩作为评价参数，研究了偏振部分相干激光波束在斜程湍流大气传输中的漂移效应和扩展效应。根据推广的惠更斯菲涅耳原理，以椭圆偏振部分相干激光波束为研究对象，推导了斜程传输情况下波束的重心坐标、扩展半径和扩展角的表达式，数值分析了偏振波束两正交分量的相位差、方向角、波长、初始束腰半径和接收机高度对波束漂移及扩展的影响。结果表明，在确定的斜程传输距离和接收机高度下，随着偏振波束两正交分量相位差的增大，漂移效应先增大后减小，在确定的斜程传输距离下，接收机高度越高,波束的漂移效应和扩展效应越小。