针对分数阶傅里叶变换(FRFT)对啁啾（Chirp）信号进行盲检测时存在运算量大的问题，文章提出一种针对Chirp信号参数估计的盲检测方法。首先利用改变窗长相位差法对Chirp信号进行粗估计，并利用最小二乘法进行拟合得到Chirp信号调频斜率粗估计值，然后通过FRFT对Chirp信号进行精细估计，并利用二分法对FRFT的阶次进行搜索，进一步降低算法的运算量。仿真结果表明，利用改变窗长相位差法和FRFT联合检测Chirp信号的方法，在低信噪比下具有较高精度的估计值，且其归一化均方误差接近克拉美罗下界，并且与FRFT穷举检测相比，极大地减少了运算量，具有很好的工程应用意义。

为进一步提高自适应光学系统的成像质量，本文针对目前广泛使用的盲解卷积，相位差法和斑点重建技术开展了深入研究；详细分析了以上三种技术的各自特点、应用场景和处理对象，并结合自适应光学系统的特点，有针对性的加以算法改进；实验采用自适应光学人眼视网膜细胞图像和自适应光学太阳黑子图像进行算法验证，结果表明经改进后的图像处理技术可以有效提高自适应光学图像的质量和分辨力，较好的满足了自适应光学系统对图像事后处理的需求。

介绍了相位差法基本原理，应用相位差法估算稀疏孔径成像系统各子镜误差，分析基准子镜对相位差法计算结果的影响。以Golay3稀疏孔径为例，提出利用稀疏孔径成像系统中的每个子镜单独对目标物成像，计算每个子镜的焦面成像图与原目标物图的算术平均值标准偏差（AMSD），将AMSD值最小的子镜设为基准子镜。分析在实际运用中基准子镜误差大小对系统剩余子镜误差估算精度的影响，最后讨论离焦量对相位差法计算精度的影响。理论仿真表明：利用相位差法对稀疏孔径成像系统各子镜误差进行估算时，必须先确定基准子镜；AMSD值越小，对应子镜的误差也越小，将其作为基准子镜，利用相位差法计算出的系统剩余子镜的误差也越小；在相位差法的计算过程中，改变离焦像的离焦量对计算结果影响不明显。

稀疏孔径望远镜的子镜装调误差是影响光学系统成像质量的主要因素之一。研究了基于遗传算法的两次离焦相位差法, 即在稀疏孔径望远镜系统的两个不同的离焦面上获得两幅图像数据, 采用遗传算法, 通过最大似然估计目标函数最优化的方法, 恢复目标图像并计算出稀疏孔径光学系统的活塞误差和倾斜误差, 分析了复原图像的信噪比和方差。结果表明: 遗传算法与两次离焦相位差法的结合不但可以精确求得子镜的装调误差, 而且能够算出两次离焦的距离。与传统相位差法相比, 计算时间相当, 实验难度降低。

选择合适的滤波函数是瞳面相位差波前传感器成功实现的关键。以建立的瞳面相位差波前传感器模型为基础，采用模式法进行波前相位的恢复，考察不同类型、不同大小滤波函数对波前恢复效果的影响。结果表明，滤波函数种类的选择对传感器相位恢复效果的影响不大，在合适的大小范围内，都可以得到令人满意的恢复精度，如离焦作为滤波函数时，其峰谷(PV)值在(2π±π)rad范围内；球差作为滤波函数时，PV值在小于等于π rad范围内。同一种滤波函数，当其大小超过一定范围时，如离焦大于3π rad、球差大于π rad时，随着其大小的增加，相位恢复精度逐步降低。具体应用时，可根据实现的成本和制作难易程度在滤波函数大小合适的范围内确定滤波函数的种类。

根据瞳面相位差波前传感器的特点，提出把模式分解和随机并行梯度下降算法结合起来实现波前相位的恢复。以32单元变形镜的初始面形和Roddier提出的相位生成方法随机产生的一帧相屏为研究对象，分析所提出的相位恢复算法的性能。结果表明，两种情况下的畸变波前都得到了很好的恢复。当像差仅含有低阶成分时，使用模式分解法就可获得令人满意的效果。高阶成分较多时，各阶之间的耦合使得模式分解法的误差增大。采用模式分解法得到初始解，在初始解的基础上继续采用随机并行优化算法进行优化，可以得到精确解。对噪声情况下的相位恢复结果表明，该相位恢复算法具有较强的抗噪能力。

相位差（PD）波前探测器具有光路简单、共光路测量等优点，不仅适合点目标，而且适合扩展目标。随着算法和硬件水平的不断提高，相位差法已经成为波前探测技术的一个重要发展方向。对相位差波前探测器进行了研究，成功实现了对点目标和扩展目标的波前探测，给出了数值仿真结果。针对点目标，搭建实验光路，对静态的单阶Zernike像差和随机像差进行探测，分析了影响探测精度的主要因素。结果表明，相位差波前探测器可以准确地探测波前，在给定的实验条件下，相位差法对低阶像差探测的均方根误差小于λ/100，对随机像差的探测的均方根误差小于λ/50。

针对光子数足够多的情况，利用Cramér-Rao理论研究了在选取离焦作为附加像差时，不同的待测波前和目标对最佳离焦量选取的影响。结果表明: 在点目标情况下，像差的大小和空间频率对最佳离焦量的影响不大；而在扩展目标情况下，最佳离焦量虽然与待测像差的空间频率关系不明显，但随着待测像差峰谷值的增大而增大。最佳离焦量与目标的结构有关而与其扩展程度关系不大，成像时目标上各点的干扰越大，最佳离焦量越大。