激光半主动定位系统是一种接收目标散射激光回波,解算目标方位信息,实现目标定位和跟踪功能的系统。该系统采用直接探测激光回波能量的方法,目前存在远距离探测时系统信噪比严重下降;低信噪比引起的系统测角精度严重下降等急需解决的问题。本论文通过理论分析和推导、仿真和试验研究等手段,改善了激光半主动定位系统的信噪比,提高了测角精度,实现了激光半主动定位系统在月牙形光斑情况下正确解算目标方位信息的功能。本文分析了激光半主动定位系统偏振探测提高系统信噪比和Kalman滤波提高定位系统精度的国内外研究现状。目前,针对该系统的性能提高研究,已报道出的国外研究进展相对较少,且国内外的研究主要集中在提高系统测角精度的研究,对系统信噪比和月牙形光斑的研究没有报道。首先,针对激光半主动定位系统远距离探测时,系统信噪比严重降低的问题,本文提出基于偏振检测直接探测激光半主动定位系统的方案,利用范数理论确定了偏振检测结构的参数,推导得到了偏振探测激光半主动定位系统的信号光和天空背景光的模型,给出了偏振探测模式下的目标方位信息解算算法。搭建了偏振探测激光半主动定位系统试验室验证试验系统,进行了信噪比试验和目标方位信息解算验证试验。试验结果表明,偏振探测可将激光半主动定位系统信号光与背景光强度比值SBR提高1.2倍左右,偏振探测模式下目标方位信息解算试验结果也近似与理论仿真曲线吻合。然后,针对低信噪比导致直接探测激光半主动定位系统的测角误差增大,测角精度降低的问题,本文分析了该系统测角精度的影响因素及其统计特性。推导了激光半主动定位系统在恒定弹目偏差角和非恒定弹目偏差角两种工作模式下的状态空间描述,根据测角精度近似正态分布的特性选择Kalman滤波提高该系统的测角精度。仿真研究了恒定弹目偏差角和非恒定弹目偏差角两种工作模式下的测角精度,仿真结果表明,对于非恒定弹目偏差角工作状态,Kalman滤波可以将测角精度从0.50°提升至0.21°。对于恒定弹目偏差角工作状态,Kalman滤波可以将测角精度从0.50°提升至0.19°。搭建了直接探测激光半主动定位系统试验室测角精度测量试验系统,进行了Kalman滤波提高该系统测角精度试验,试验结果表明,对于非恒定弹目偏差角工作状态,Kalman滤波可以将测角精度从1.24°提升至0.50°,对于恒定弹目偏差角工作状态,Kalman滤波可以将测角精度从0.12°提升至0.01°。最后,针对直接探测激光半主动定位系统在工作时,由于弹体阻挡目标散射回波而在探测器光敏面上出现的月牙形光斑,本文分析了月牙形光斑的形成机理,给出了此种情况下的目标方位信息解算算法。进行了月牙形光斑目标方位信息解算试验,试验结果曲线与仿真结果曲线近似吻合,有效将激光半主动定位系统的视场角由±2.5°增大至±3.5°,提升了该系统的探测能力。