激光相干场成像技术通过发射多束激光,在目标域形成干涉条纹场,经目标反射的相干场回波信号经接收解调、相位闭合消除湍流扰动后,逆傅里叶变换重建高分辨图像,这是近十多年发展起来的一种无透镜新型高分辨计算成像理论,其有望解决大气湍流扰动难题,突破衍射极限高分辨成像,在针对远程暗弱目标高分辨成像方面具有突出的优势。该理论在国防事业和遥感高分成像领域具有重要科学意义和应用价值。目前国内外关于该技术的研究整体处于原理演示验证阶段,尚未工程化。对于相干场最常用的等间距采样成像模式,基于孔径间距相等的两组激光束提取的目标频谱分量相等原理,迭代求解各阶频谱分量重构成像,但该采样成像理论在技术应用转化过程中,由于发射孔径阵列定位误差、湍流光强闪烁效应和光束光强自身抖动、系统散斑噪声等误差因素影响,两组光束获取的目标频谱分量不再相等,并由此产生频谱迭代误差,从而降低成像质量,而该降质影响机理目前尚不清楚,也无公开文献报道。因此在实际工程应用中需对现有相干场成像理论模型加以修正,建立频谱分量不相等情形下的激光相干场成像修正模型,抑制上述像质退化因素的影响,以达到提高相干场成像质量的目的。本文主要从激光发射孔径定位误差、大气湍流光强闪烁和多光束光强抖动误差、系统噪声影响三个视角出发,研究揭示以上像质退化因素对相干场回波信号和成像质量的降质影响机理,并基于影响机理提出对应抑制方法提升成像质量,具体如下:1)针对相干场等间距采样成像理论在工程技术应用转化过程中,不可避免的激光发射孔径间距定位误差带来频谱误差,后续迭代重建频谱时引起误差累积放大效应,并由此带来成像质量下降的问题。本文基于回波解调和频谱迭代理论,建立了相干场成像孔径定位误差对回波信号影响的理论模型,首次得到了激光发射孔径定位误差对回波频谱分量和成像质量的零影响方程;基于该像质零影响方程,提出一种抑制孔径定位误差对像质影响的线性规划方法,通过求解孔径间距最优化分布矩阵,抵消了孔径定位误差对成像质量的影响。研究表明,该方法可提升成像质量评价指标斯特列尔比近1倍,具有便捷、高效的特点,应用在工程实践中可降低激光孔径阵列定位难度和工程实施成本。该研究为相干场系统成像质量提升和发射阵列孔径定位精度设计提供了理论指导。2)针对相干场成像理论在工程应用转化过程中,湍流光强闪烁效应和多光束自身光强抖动带来的误差,后续迭代重建频谱时引起误差放大效应,并由此带来成像质量下降的问题。本文基于相位闭合频谱重构理论,建立了大气湍流光强闪烁和多光束光强扰动因子对激光回波频谱信号影响理论模型;并针对弱湍流应用场景提出了解调比近似法、光强实测修正光强扰动抑制方法。提出一种基于半米字型阵列的采样成像模型,有效消除了相位频谱重构方程中光强扰动因子的降质影响,所提方法可有效解决大气湍流光强闪烁效应和光强抖动的降质影响问题,成像斯特列尔比最大可提升约30%,并可有效降低相干场成像对光束光强时间稳定性要求和发射阵列多光束光强空间一致性的要求,从而降低了工程实现难度。该研究为光束光强扰动抑制提供了有效的技术支撑。3)为解决相干场成像系统探测器噪声相对系统总噪声的占比权重定量化估计问题,以便后续为系统信噪比提升提供理论依据。本文基于相干场成像光电子数信噪比计算理论,提出一种探测器噪声相对系统总噪声的定量化占比估算分析方法,采用理论计算分析和实验测量相结合的方法,建立了相干场成像探测器噪声定量化占比计算方程组。基于室外具体的相干场成像实验平台获取了系统探测器噪声占比权重,并验证了方法的有效性。结果表明,本文所提方法可正确有效估算探测器噪声占比权重,该方法具有便捷、高效的特点,可推广应用于实际相干成像系统探测器噪声定量化评估测量分析。4)为提高系统信噪比改善成像质量,解决相干场成像质量受回波散斑噪声影响问题,推导建立了大气下行链路回波信号噪声干扰模型,并基于同态滤波和拉格朗日基追踪稀疏理论,提出一种级联复合去噪方法,较现有单一去噪方法,该复合去噪方法既可去除与激光回波信号相关的乘性散斑噪声,又可去除与回波信号无关的背景光和探测器等加性噪声,同时提高了重构图像对比度。仿真表明该方法可提高重构图像斯特列尔比17%,图像对比度最大可提高0.21。该方法对于相干场成像去噪和成像质量改善具有借鉴意义。本文系统研究揭示了激光发射孔径定位误差、湍流光强闪烁效应和光强抖动误差、系统噪声等因素对成像质量的降质影响机理,建立了成像误差修正模型并提出了对应解决方法和对策。本文所建立的相干场成像误差修正理论模型和方法丰富了激光相干场成像理论,为相干场成像理论的进一步工程化,提供了有效的理论基础和技术支撑。