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液晶光相控阵(LCOPA)是一种新型的可编程相位调制器件,采用具有驱动电压低、相位控制深度大等特点的向列相液晶作为光电材料,具有功耗小、重量轻、便于控制等优点,已广泛应用于自由空间光通信、激光雷达和自适应光学等领域。由于LCOPA的波束偏转精度和效率受限于液晶分子粘性阻力和制造工艺等因素,因此从信号处理算法上提高LCOPA的波束控制性能具有重要的使用价值和意义。本文围绕液晶相控阵波控建模、误差分析、自适应波前相位校正、自适应波控电压校正四个方面难题,主要工作与贡献如下:1)要了解LCOPA电控特性首先要了解液晶盒的工作特性曲线。本文介绍了一种液晶特性曲线的测量方法。该测量方法利用了液晶分子的双折射和液晶的电控双折射特性,输出为LCOPA加载电压代码与相位延迟的对应关系。液晶特性曲线测量方法的提出为精确了解LCOPA的电压与相位特性提供了技术支持。2)分析LCOPA的工作特性曲线需要建立LCOPA的波束控制模型。波束控制模型就是分析液晶出射面的波前相位分布,根据二元闪耀光栅与微波相控阵的工作原理,分别建立了周期非连续扫描和非周期连续扫描模型。两种波控模型的建立就为更加清晰直观的观察LCOPA的出射波阵面分布提供了理论参考,并为下一步的波前相位校正算法和波控电压校正算法提供了重要的理论支撑。3)要提高LCOPA波束指向精度和效率首先要建立各种影响因素模型。本文主要对电压量化、展宽区域、电极占空比和液晶表面不平整四种影响因素进行建模分析。模型的建立为更加清楚具体的了解液晶粘性阻力和制作工艺限制对出射波这面的影响,为进一步了解LCOPA的硬件受限问题提供了理论基础。4)目前由于硬件受限,LCOPA指向精度和效率也受到限制。本文改进了自适应波前相位校正方法,是一种在信号处理算法上提高LCOPA波束控制性能的方法。该算法可以同时提高波束指向精度和效率两项指标。是LCOPA波束性能提高的关键技术。5)针对已有相位校正算法计算量大,光路复杂等缺点,应用最优化方法解决了一种自适应波控电压校正。该算法无需波前探测,只需对波控电压进行校正就能提高激光束的偏转效率,并且计算量小,硬件实验平台更容易搭建。