鬼成像技术是一种利用双光路关联来进行成像的技术。该技术可以使用无分辨率的单像素探测器对空间物体进行探测,并且对从空间物体到探测器的光路中的失真不敏感。近些年研究人员将鬼成像技术引入时间域并实现了时域鬼成像方案。目前,时域鬼成像方案仍旧存在着测量次数过多,传输速率慢及成像质量差等不足。本论文主要研究了在光纤通信系统中的波分复用单次时域鬼成像方案,致力于实现高速时域信号的高质量传输与探测。论文主要工作如下:设计了光纤通信系统下的波分复用单次时域鬼成像方案。相较于双光路时域鬼成像,该方案优化了光路结构,减少了测量次数,单次测量实现了对非周期信号的高速传输与探测,提高了时域鬼成像质量和传输速率。设计并仿真实现了基于伪随机码和基于哈达玛矩阵的两种方案。对哈达玛矩阵进行优化和对接收端探测值修正以提升传输质量,通过仿真和实验分别进行验证。此外还对信道相对时延问题进行分析。提出了基于深度学习的非正交码型波分复用时域鬼成像方案。信道间相对时延会导致正交光源模式的劣化并影响接收端探测值,进而导致时域鬼成像质量下降。该方案使用神经网络来拟合从探测结果到恢复时域信号的逆过程,而无需物理器件补偿时延。由预训练的模型可直接预测时域鬼成像结果。仿真结果表明:相对时延阈值为1/4比特时误码率10-8量级,为1/2比特时误码率10-3量级,相较于时域鬼成像算法可提升2至4个数量级。通过实验实现了高速数字时域信号的传输,时间分辨率可达0.78 ns,推动了光纤通信系统下实时高速时域鬼成像的发展。