采用外差式差分相移键控(Differential phase-shift keying, DPSK)调制的水下无线光通信(Underwater wireless optical communication, UWOC)系统经过Gamma Gamma强海洋湍流信道传输, 当接收端与发送端之间存在瞄准误差并采用孔径接收方式时, 分析了湍流效应和瞄准误差对接收光强的抖动影响, 推导了UWOC系统的平均误码率(Bit error rate, BER)和中断概率(Outage probability, OP)的解析表达式。数值模拟研究了不同的瞄准误差、束宽、接收孔径和海洋湍流参数对平均BER和OP性能的影响。结果表明, 在相同的束宽和信道环境下, 瞄准误差越大, 系统性能越差; 光束束宽与孔径半径之比越大, 接收孔径直径越大, 系统性能越好; 另外, 选择较小的温度和盐度波动对海洋湍流贡献的比值?棕和均方温度耗散率?字T, 以及较大的湍流动能耗散率?着和动力粘度u的海洋湍流环境也有利于获得较好的系统性能。

分析了多脉冲位置调制星间激光通信系统的性能,在散粒噪声极限下,给出了平均误符号率(ASER)的解析表达式;在热噪声极限下,给出了ASER的紧密上边界的解析表达式,并验证了理论计算的正确性。数值仿真结果表明,随着抖动方差的增大,系统性能迅速下降;当发射功率的取值范围不同时,不同束腰半径下系统性能存在差异;当单个符号中的脉冲数不变时,增大符号中的时隙数可提高系统性能,但带宽利用率也会降低。故在系统参数的选取中,需要综合考虑以上因素。

针对星间激光通信系统易受瞄准误差影响的问题,在瞄准误差服从贝克曼分布的条件下,利用三阶中心矩法将其等效为修正后的Rayleigh分布,分别在中断概率一定和发射功率一定的假设下,建立了发射功率优化模型和中断概率优化模型,并计算出了两种假设条件下高斯光束经天线发射时的最优均方根宽度。通过数值仿真,给出了考虑瞄准误差时的系统中断概率、最小发射功率与最优均方根宽度之间的关系。根据该数值分析结果,在明确瞄准误差分布规律的基础上,选择最优的高斯光束均方根宽度,以实现最优星间激光通信链路性能。

针对星间激光通信受瞄准误差影响较为严重的问题,提出了一种基于Marcum Q函数表示法的动态束腰控制方案。在不需要采取任何近似的情况下,利用Marcum Q函数给出了计算瞬时信道状态的闭合解析式,并建立了优化模型,通过模型求解,得到在已知瞬时瞄准误差角时的最优光束束腰半径的简单代数表达式,并给出了相应的动态束腰控制方案,该方案可有效抑制瞄准误差的影响。数值计算结果表明,采用动态束腰控制方案的系统性能要明显优于采用固定束腰控制方案的系统性能,且所提方案在系统误码率和中断概率性能上较传统动态束腰控制方案有一定的提升。

基于脉冲激光测距原理, 推导了飞行目标激光测距回光功率的一般方程。基于目标探测跟踪系统的瞄准误差理论, 结合测距方程建立了系统准测概率的计算模型。利用Matlab软件仿真分析了激光发散角、系统跟踪精度、目标尺度、探测距离及系统接收口径对回光稳定性的影响。设计了一个飞行目标脉冲激光测距系统, 并根据理论分析结果确定了该系统参数, 搭建了实验平台。通过对无人机靶板目标的跟踪测距实验, 验证了系统的探测性能。通过对比不同大小靶板目标的准测概率与理论推算结果, 验证了该模型的有效性。

在自由空间激光通信(FSO)系统中, 瞄准误差和大气湍流严重影响系统通信链路, 是链路性能恶化的两大主要因素。通过对联合信道的理论分析, 建立了信道模型, 并利用Meijer G函数推导出了直接探测系统和相干探测系统平均信道容量的表达式。通过在Matlab中的仿真结果可知, 在给定瞄准误差和大气湍流的条件下, 信号光的光束束散角并非越小越好, 而是存在最优束散角, 该束散角不仅可以保证系统性能良好, 而且使得发射系统功率取得最小值, 并且采用相干探测系统可以抑制大气湍流对系统的影响, 有效提高系统的性能。

为了研究在大气湍流闪烁效应以及瞄准误差共同作用下空间相干光通信系统的中断概率，基于指数韦伯大气湍流衰减信道，建立了基于平衡探测的相干光通信系统模型，给出了系统受大气湍流闪烁效应和瞄准误差影响下信道衰减的概率密度函数，并推导了系统中断概率的闭合表达式。通过数值仿真，分析了湍流强度、波束宽度、抖动偏差对系统中断概率的影响。结果表明:系统中断概率会随着湍流强度的增强和归一化信噪比的降低而增大；当归一化信噪比大于14 dB时,可以通过增大波束宽度降低系统中断概率；当抖动偏差大于2时，增大归一化信噪比并不能有效降低系统中断概率。由基于此模型的仿真分析结论可知，选取合适的波束宽度和抖动偏差能降低系统的中断概率,并提高系统的稳定性。

详细研究了Gamma-Gamma 湍流信道大气闪烁、信道衰落及瞄准误差对差分相移键控(DPSK)相干光通信系统误码性能、信道容量和中断概率等指标的影响。自由空间光通信(FSO)系统采用基于马赫-曾德尔调制器(MZM)和马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的DPSK 调制/解调结构，通过广义超几何方法分析推导出有关平均误码率、平均信道容量和中断概率的闭合表达式并简化分析。在Matlab 平台下进行模拟仿真，实验结果表明，系统的平均误码率和平均信道容量随湍流程度的增强而减弱；信道容量的提升可以通过增加带宽或减小抖动方差实现；当瞄准误差过大时导致中断概率增大，严重影响系统的通信性能。

研究了Gamma-Gamma大气湍流信道下闪烁和瞄准误差联合效应对自由空间光通信的性能影响。假定自由空间光通信系统采用开关键控(OOK)强度调制直接探测（IM/DD），推导得出了系统的误码率和中断概率闭合表达式，分析了大气湍流、归一化波束宽度、平均发射功率、归一化的抖动标准差、信噪比等参数对系统性能的影响。基于推导的闭合表达式进行了数值模拟，结果表明能够在给定发射功率下通过优化波束宽度使系统性能达到最优。

针对现代战斗机向目标空域的远距引导过程，建立了战斗机与目标的三维相对运动数学模型，引入了战斗机自动攻击的概念，并将三维引导问题分解到水平和垂直两个面内分别进行研究；基于战斗机远距引导时间最短的要求以及最优控制的相关理论，以时间最短为目标分别设计了战斗机水平面和垂直面的远距引导律，在此基础上设计了远距引导战斗机自动攻击控制律；最后通过仿真比较，验证了时间最优引导法能有效应用于战斗机为实现自动攻击的远距引导。