人类航空航天事业在繁荣发展的同时，导致航天器、火箭箭体、卫星残体等空间碎片数量不断增加，使空间环境趋于恶化。空间碎片的存在对在轨航天器的正常运转造成严重威胁，同时也严重威胁着有限的空间轨道资源，因此必须不断提高对空间碎片的监测定位技术。　　激光测距是目前空间碎片测距和跟踪技术中精度最高的一种，其测距精度可达到亚厘米量级，已经广泛应用于卫星和空间碎片精密定轨以及空间大地测量等领域。在激光测距系统的基础上，增加导星望远镜系统可以实现监测目标的闭环引导功能，确保待测空间碎片目标始终处于接收视场的中心和激光测距的窗口内，进而提高观测成功几率和精度。　　目前激光测距使用的是波长为532 nm的激光，由于大气中的二氧化硫和氮氧化物等污染物气体对于532 nm的激光都有一定的吸收，因此测量周围环境的污染气体浓度对提高激光测距精度具有重要的实际意义。本文具体研究了用于测量气体浓度的立方腔，提出了有限元光腔表面分割法，模拟了光线在立方腔内的传播过程，得到了具有不同腔长立方腔的平均反射光程模拟值。同时，利用可调谐二极管激光吸收光谱实验测得了平均反射光程的实验值。研究结果表明，利用有限元光腔表面分割法得到的模拟值与实验值的误差小于常规理论值与实验值的误差，表明了有限元光腔表面分割法优于现有的理论计算方法。该研究结果对提高基于立方腔的气体测量系统的反演精度具有重要意义，为研究激光测距系统中激光脉冲大气传输提供新的研究思路。　　为了实现监测目标的闭环引导功能，提高观测成功几率，本文基于R-C系统设计了空间碎片激光测距导星望远镜。根据实际使用需求，计算得到了光学系统的初始结构参数，在光学系统初始结构参数的基础上，根据系统的视场和分辨率等技术指标进行优化，最终得到了口径为300 mm，焦距为760 mm的导星望远镜系统的各项参数，然后对导星望远镜的像质进行了分析和评价。结果表明，在空间频率为38.5 lp/mm时，系统的全视场调制传递函数MTF大于0.52，光学系统的最大视场产生的弥散斑分布合理，满足初始设计指标要求，光学系统的分辨率接近光学衍射极限，系统成像质量良好。最后对导星望远镜系统进行了公差分析，结果表明，本文所设计的导星望远镜系统镜片参数设计合理，光路结构紧凑，能较好地满足实际使用需求。