建立了气溶胶单粒子的偏振散射实验装置,采用T-matrix方法模拟球形粒子和长形粒子的光散射计算, 讨论了偏振强度因子(Pf)和穆勒矩阵元素(Z11、Z12)随粒径、形状的变化关系,结果表明,球形 粒子和杆状粒子的Pf和Z12随着粒径的增大存在明显差异。通过对单分散的气溶胶颗粒 物样品的实验测量,得到不同样品的Pf值和Z12。实验结果表明,以油酸粒子的Z12为基准, 差值ΔZ12=12可以作为球形的油酸粒子和长形的核黄素以及石棉纤维的区分阈值, ΔZ12 介于12～41主要为核黄素粒子, ΔZ12达到59时粒子可被认为是长形的石棉纤维粒子, 而立方形的NaCl气溶胶粒子的ΔZ12与油酸粒子非常接近,难以区分。初步实验表明,穆勒矩阵 元素Z12可以用于识别长形粒子,该研究为颗粒物形态的偏振测量提供依据。

系统级偏振定标是多角度偏振成像仪(Directional polarization camera, DPC)研制过程 中的关键环节,对于提高大气气溶胶和云相态等定量化探测应用具有重要意义。 结合矩阵光学和辐射度学理论,建立了多角度偏振成像仪偏振响应定标模型,对关键影响参量进行定标。采用大口径积分球参考 光源和分视场测量方法,消除了光楔平板对DPC三检偏通道视场非一致性的影响,实现了高频和低频相对透过率的高精度测量。 采用傅里叶级数的分析方法,建立全视场起偏度的测量模型,消除参考光源偏振方位角绝对位置引入的测量误差,实现光学系统 偏振特性的准确测量。采用可调偏振度光源和大口径积分球辐射源,开展了偏振定标精度的比对验证实验和精度分析。测试 结果表明,全视场偏振定标精度优于0.5%,自然光状态下的偏振定标精度优于0.05%,验证了宽视场偏振遥感器 偏振辐射响应定标模型的合理性,说明该系统级偏振定标方法可满足宽视场光学偏振遥感器的高精度偏振观测科学应用要求。

开展高精度辐射定标方法研究,对于多角度偏振成像仪实现大气气溶胶粒子分布和微观物理特性探测反演的科学应用至关重要。 采用傅里叶级数的分析方法,建立了全视场起偏度的测量模型,消除了参考光源偏振方位角绝对位置引入的测量误差,实现了光学 系统偏振特性的准确测量。结合多角度偏振成像仪的辐射与偏振定标模型,开展了光学系统偏振特性的校正方法研究,实现偏振 特性引起辐射定标不确定度由8%下降至2.2%以内。利用高精度二维转动平台和大口径积分球辐射源,采用分视场测量方法, 校正像元响应非一致性,实现相对辐射校正精度优于0.5%。采用基于标准灯漫反射板的辐亮度量值传递链路,经过各影响因素 的分析评测,所有波段辐射定标精度均优于5%。

带内相对光谱响应度是检测和评估偏振遥感器带内响应非一致性的基本参数。采用基于激光抽运氙灯光源的单色仪、消偏器、参考探测器和45°分束镜,搭建了一套偏振遥感器相对光谱响应度测量装置。该装置采用消偏器消除单色仪输出的偏振特性,通过光谱偏振分析仪(SPOLA)进行消偏精度的测量和验证。采用分束镜同步测量的方法来降低光源的非稳定性影响,提高测量精度和效率。采用成像区域大气校正仪490 nm和870 nm偏振通道作为应用案例,开展了带内相对光谱响应度的整机测试实验。实验结果表明,大气校正仪中心波长测量极差值与带宽均值的比值精度在0.25%以内,满足带内响应非一致性小于0.6%的定标要求。

针对球幕点目标投影与跟踪系统中多个子系统相对位置关系探测复杂的问题，提出了一种适合现场测量的精确标定方法。将球幕作为世界坐标系，利用子系统对球幕球心标定，得到子系统在球幕坐标系下的坐标，从而实现目标点在子系统之间的坐标转换。研究了球幕球心标定原理及标定点投射方法，建立了球幕球心在标定系统坐标系下的高斯-马尔科夫(G-M)求解模型，仿真分析了影响标定误差的因素。结果表明，通过减小子系统到球心的距离和改进投射的标定点空间分布能够有效提高标定精度，最后提出基于整体最小二乘(TLS)的球幕标定方法。根据仿真结果，设计模拟球幕和标定器并完成实验，标定结果满足现场快速精确标定的要求。

鉴于精确的光谱辐射定标精度验证对于高光谱遥感器的现场定标和数据应用非常必要, 以SVC光谱辐亮度计为例, 利用多波段辐亮度标准传递探测器和新型的光谱可调积分球参考光源, 设计了一种高光谱遥感器光谱定标精度的验证方法。该方法利用新型光谱可调积分球参考光源在待测波段内分别输出光谱形状单调上升和单调下降的光谱辐亮度状态, 通过光谱匹配技术, 即平移改变SVC光谱辐亮度计的波长, 分析比对MRSTD和SVC光谱辐亮度计测量辐亮度的相对偏差。比对结果为光谱定标验证精度优于±0.2 nm, 辐射定标验证精度小于5%。

为了考察大气颗粒物近前向光散射特性及其在粉尘质量浓度测量中的应用，建立了大气颗粒物近前向散射光测量实验装置，通过单分散和多分散颗粒物样本的实验测量和基于米散射理论的颗粒物光散射计算，得到颗粒物近前向散射光强度与粒径及分布宽度的关系，结果表明该装置可用于测量环境大气气溶胶质量浓度。通过已知参数的单分散气溶胶样品测量，借助米散射理论计算，可以获得较为准确的响应度数值，并估计测量实际大气颗粒物的误差范围。采用亚利桑那超细标准粉尘进行质量浓度定标，测量城区自然环境颗粒物的粉尘质量浓度，需要约2.5倍的修正。

太阳辐射计是全球AERONET站点最重要的观测设备,为获取全球气溶胶时空分布提供了大量的观测数据。研究一种直接溯源于低温绝对辐射计的 高精度定标方法,可以在实验室环境条件下获得太阳辐射计的直射通道和天空漫射通道的定标系数,详细介绍了太阳辐射计实验室定标原理、实验装置, 在太阳辐射计的主要工作波段扫描获得绝对光谱响应度定标曲线,并对测量结果进行了不确定度分析。结果表明,天空漫射通道的定标不确定度低于0.8%, 太阳直射通道的定标不确定度低于2.06%。

依据我国气溶胶光学特性监测网(CARSNET)辐射定标方法和流程,分析了太阳辐射计实验室辐射定标技术 需求与特点。为完善目前CARSNET所采用辐射定标方法中太阳辐射计天空散射辐射通道短波段定标和 提高太阳辐射计气溶胶反演精度,研制了应用于太阳辐射计的LED光谱可调积分球参考光源。测试结 果表明该参考光源在出光口中心 20 mm区域内的面均匀性优于99.9%, ±2
小角度范围内角度均匀性 优于99.9%,其输出2 h内的稳定性优于99.8%,满足太阳辐射计天空散射辐射通道短波段定标要求。