大气激光通信作为未来最具潜力的军用和民用通信方式,以其通信容量大、保密性强、结构轻便等优点,逐渐成为近年来全球研究的热点。同时,近地大气中随机分布的各种离散悬浮粒子,如尘埃、云雾等会使激光光束发生散射和吸收现象。尤其是在含有大量杂质粒子的沙尘天气下,这种影响将造成激光信号的严重失真,导致通信系统的性能下降,甚至发生通信中断。因此,激光信号在近地大气中的传输特性是设计高效、可靠激光通信系统必须考虑的关键性问题。目前大量关于沙尘天气下激光传输特性的研究都是基于将沙尘粒子假设为球形或者某一特定形状的粒子而展开,忽视了沙尘粒子结构的复杂性和形状的各异性特点。因此,这种假设过于理想化,与实际情况有一定的差异。而且相关实验研究表明,在沙尘信道中,沙尘粒子的不规则性和尺寸的分布都会引起散射光的空间分布。另外,激光信号在沙尘信道下的衰减特性除了受散射效应的影响外,还会受到沙尘粒子所含水分的影响。因此,本文针对上述问题,在分析我国沙尘信道的物理特性的基础之上,结合辐射传输理论和电子散射理论,重点研究并分析了激光信号在沙尘信道下传输特性和通信系统的性能,主要工作如下:(1)运用小角度近似条件和逐级递归的方法推导了激光信号在沙尘天气下的辐射传输方程,并针对不同波长的激光信号,研究了光强随散射次数、光学厚度以及不对称因子等参量的变化特性。结果表明:接收光强随散射次数的增大而减小,且随光学厚度的增加先增大后减小。当散射次数大于3次时,接收光强的变化几乎为0。当波长越短、不对称因子越小时接收光强越小,散射影响越大。(2)以电子散射理论为基础,利用小角度近似条件推导了沙尘天气下激光脉冲的时延和展宽函数,仿真分析了不同波长脉冲信号的时延和展宽随传输距离和能见度的变化规律。在此基础之上,同时考虑沙尘粒子的浓度和含水率对激光信号的影响,推导出沙尘信道下激光信号衰减的表达式,仿真分析了激光波长、能见度、湿度以及传输高度等不同参量影响下衰减量的变化趋势。结果表明:脉冲的时延和展宽量会随传输距离、散射反照率、散射系数的增大而增大,随能见度、激光波长以及不对称因子的增大而减小。同时,随着激光波长和湿度的增大、衰减量也逐渐增大。(3)利用得到的衰减表达式,推导了激光信号在沙尘信道传输时的信噪比,同时,针对二进制开关键控(OOK:On-Off Keying)调制方式推导了系统的误码率和信道容量,仿真分析了系统的误码率和信道容量随大气能见度、传输距离、大气湿度以及激光信号波长的变化规律。结果表明:随着含水量和传输距离的增大以及大气能见度的减小,系统的误码率会呈现出不断增大的趋势,而信道容量则呈现减小的趋势。本文的研究成果对建立大气激光通信模型,研究沙尘天气下激光通信的传输特性具有一定的理论指导意义,可为实际工程应用中合理地选择激光器件提供一定的参考。