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。

飞机激光雷达散射截面的测量, 对于研究飞机激光散射特性以及评估探测系统至关重要.本文介绍了飞机激光雷达散射截面测量理论, 设计了飞机激光雷达散射截面测量装置和测量方法, 并通过实验验证了该装置与测量方法.在全尺寸真实飞机试验与测量过程中, 通过对原始数据高斯补偿与背景修正, 获得了误差小于7%的飞机激光雷达散射截面数据.实验结果表明,本文提出的飞机激光雷达散射截面测量与分析方法是正确的和有效的.

为了研究大气衰减对激光雷达散射截面(laser radar cross section,LRCS)测量精度的影响,从LRCS测量原理入手,推导出大气衰减对LRCS测量精度影响的公式,得到大气衰减与LRCS测量精度的关系,即当前后两次测试时的大气衰减条件相差较大时,LRCS测量精度则会降低,反之,则会升高。通过MatLab仿真,得到直观的LRCS测量精度仿真结果,并结合经典大气衰减模型,举例验证了两种极端气候条件对测量误差的影响,同时给出一些测量LRCS建议,为后续的LRCS测量精度分析与修正提供参考。

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。

分析了入射激光束光强分布不均匀以及目标对入射激光有脉冲展宽时对目标激光雷达散射截面测量的影响,推导出新的测量方程及激光雷达散射截面测量计算方法并应用于目标实测.结果表明:应用此方法避免了光束不均匀和脉冲展宽等因素对测量结果的影响,提高了激光雷达散射截面的测量精度.

在外场用已知半球反射率的靶板作为标准靶板,反演测定目标靶板激光雷达散射截面和半球反射率。由于受到随机变化的大气衰减和激光器输出能量等因素的影响,靶板角分布曲线与朗伯余弦曲线会有一定偏差,因此,采用双光路测量法来确定各个测量时刻的大气衰减系数和激光器输出能量,然后,再与半球反射率已知的标准靶板比较,计算得到目标靶板的激光雷达散射截面。实验测得的目标靶板反射率为24.9%,与实际标定值25.3%的相对误差为1.6%,满足10%的外场精度要求。通过实验测量的结果分析表明利用双光路方法对目标靶板与标准靶板进行测量,较好地消除了各个时刻的大气衰减和激光器照射能量对测量结果的影响。