面对云计算等互联网应用驱动之下的互联网流量持续增长,相干光通信系统使用超高波特率、高阶调制格式信号,有效提升频谱效率,进而支撑海量信息传送需求。与此同时,现有系统下光信号对发射机硬件损伤更加敏感,迫切需要开展硬件损伤监测与分析技术的研究。本论文围绕光通信系统中的信号同相/正交（In phase/quadrature,IQ）分量不平衡和时钟偏移等主要硬件损伤,重点分析研究可适用多损伤共存下的宽范围联合估计方案,并通过详尽的数值仿真验证了所提方案的估计性能。论文首先围绕硬件损伤机理,详细阐述了光发射机和光接收机中的IQ幅度、相位不平衡及时钟偏移损伤机理及过程,并建立多损伤下的系统模型。论文接着针对光通信系统发射端IQ幅度、相位不平衡及IQ时钟偏移损伤,研究分析了一种基于判决引导最小均方（Decision Direct Least mean Square,DDLMS）算法的多损伤联合估计方法,并通过仿真验证了算法表现。该算法以标准星座点为判据进行判决,减小了判决误差。同时,从该算法中有限长冲击响应滤波器的抽头系数中可获得信号在发射机中的传输矩阵,通过对该传输矩阵的计算,可解析的得到发射机中各个损伤。结果表明,当发射机中同时存在IQ幅度、相位不平衡及IQ时钟偏移损伤时,基于DDLMS的估计方法能够以较小的误差代价做到三种损伤的联合估计,且该算法对光传输系统中的频偏噪声、光信噪比、载波相位噪声不敏感。论文针对光通信系统发射端IQ不平衡损伤估计范围较小的问题,分析了传统数字信号处理（Digital Signal Processing,DSP）方案中偏振解复用算法及载波相位恢复算法失效的原因,并提出了一种新型DSP方案,支持发射端IQ不平衡及IQ时钟偏移损伤的宽范围联合估计。该方案使用基于最大似然的独立成分分析法和级联的DDLMS算法,分别实现了偏振解复用和载波相位恢复,并可从DDLMS算法的抽头系数中解析地估计出发射机损伤。得益于IQ损伤不敏感的偏振解复用和载波相位恢复,该方案实现了宽范围的损伤监测。仿真结果表明,与传统数字信号处理方案相比,本文所提方案对发射端幅度和相位不平衡的估计范围分别提升了100%和33%。最后针对光通信系统中偏振间时钟偏移损伤估计范围较小的问题,提出了一种基于多输入多输出滤波器的估计方法并分析了其算法性能。同时,结合传输信道中可能存在的损伤,提出了一种数字信号处理算法方案,当系统中存在偏振模色散（Polarization Mode Dispersion,PMD）和色度色散（Chromatic Dispersion,CD）时,该方案依然能对发射端偏振间时钟偏移进行准确估计。仿真结果表明,所提出的偏振间时钟偏移及IQ不平衡损伤联合估计方案能够在受一定一阶PMD和CD影响的光通信系统中正常工作。论文所提出的技术方案和性能分析结果,对于研究光通信系统中IQ不平衡及时钟偏移损伤的监测有较好的应用价值。所提出的光通信系统中多损伤联合估计方法,通过改进偏振解复用和载波相位恢复算法扩展了发射端IQ不平衡的估计范围。此外本文还探讨了在存在PMD和CD的系统中,对发射端偏振间时钟偏移和IQ不平衡的联合监测方案。文中多损伤共存下的监测机理及方案探讨,对于支撑超高波特率及高阶光调制系统的发射机性能监测具有明显的应用价值。