自零差(SH)相干接收由于其结构简单，能够自动消除相位干扰等优势在自由空间光通信和远距离激光探测等领域被广泛研究和应用。本文在广泛调研自由空间光通信技术以及合成孔径激光成像雷达技术的基础上，指出了自零差接收技术在这两方面的代表应用技术差分相移键控(DPSK)和直视合成孔径激光成像雷达(SAIL)的不足之处，针对这些不足，分别提出了一种正交偏振相位调制发射、自零差相干探测接收的相干光通信系统与相位编码调制发射、自零差接收的SAIL结构，这两类SH系统在结构上基本相同，为激光通信和雷达的一体化奠定了技术基础。　　针对正交偏振相位调制、自零差相干探测接收的相干光通信系统，论文首先根据系统结构用数学表达式推导了从发射调制到接收解调的过程，分析了理论条件下的系统性能与相位反馈控制系统的性能。随后论文介绍了基于本系统的高速相干激光通信实验验证工作，验证了系统的通信功能并且测量了系统的灵敏度，实验结果表明，该体制可以降低大气湍流的影响。　　传统SAIL对于光源线宽的选择通常基于相干条件。论文首先从SAIL的成像原理入手，根据统计光学的相关知识用数学公式推导了激光线宽与方位向脉冲间相位误差的关系，给出了数值计算结果。用蒙特卡洛的方式模拟了给定光源线宽下的点目标成像过程，数值计算出SAIL成像质量参数的均值和方差随激光光源线宽的变化关系，对实际合成孔径激光成像雷达的设计具有指导意义。　　本文还开展了基于DPSK调制、自零差相干探测的测距技术研究，进行了单距离目标点和双距离目标点的实验，得到将相位补偿用于接收结构的必要性，讨论了多点测距的实验结果。提出了兼容相干激光通信与合成孔径激光成像雷达的自差接收一体化方案，公式推导了其成像原理和理论分辨率，介绍了一体化的两种可能方式。