针对标准泡法在远距离SO₂监测定标不准确的实际问题，开展定标误差校正方法研究。首先，基于标准泡定标法原理以及大气辐射传输理论，提出消除光稀释效应影响的图像校正方法；然后，在充分分析窗片与滤光片反射以及气溶胶散射效应的基础上，对反射效应及散射特性对定标结果的影响进行量化；最后，综合上述影响因素计算得到光稀释效应校正及散射特性修正的定标曲线，并比较误差校正的标准泡定标法与DOAS定标法在反演SO₂柱密度图像以及SO₂排放速率之间差异。结果表明，所提出的校正方法可将标准泡法与DOAS法的定标结果差异从59%降低至7%，验证了该误差校正方法的有效性和准确度。

星载长波红外气辉成像干涉仪可实现对临近空间平流层区域大气风场信息的遥感观测。然而, 长波红外对温度更加敏感, 因此会给干涉仪引入更多的误差来源。鉴于此, 借鉴平流层风场干涉仪(StratosphericWindInterferometerforTransport, SWIFT)的设计参数, 在临边观测正演仿真的基础上, 开展了关键部件的相位热漂移研究及背景辐射的热不稳定分析, 给出了仪器温度变化引起的风场误差, 提出了通过校准泡对光程差相位的监测减小测风误差的方案。不确定度分析表明, 如果 SWIFT仪器关键部件的温度变化率控制在 10-3 K/s, Michelson干涉仪和 F-P滤光片因热漂移产生的测风误差分别为 37m/s和 20m/s。当校准泡对光程差相位的监测精度达到 10-3rad时, 热漂移引入的误差可降至 1m/s以内。该研究将为星载全天时临近空间长波红外测风干涉仪的设计及研制提供重要的理论指导。

中间层顶-低热层区域是地球大气中重要的空间区域。基于剥洋葱算法及氧分子气辉光谱理论，利用迈克耳孙全球高分辨率热层成像干涉仪（MIGHTI）测量的O₂-A波段气辉辐射强度图像，反演得到海拔为92~140 km的大气温度廓线。首先，根据氧分子气辉光谱理论，结合MIGHTI仪器参数，计算了其各光谱通道信号强度随温度的变化关系；然后，利用剥洋葱算法提取各光谱通道的目标层信号强度，并结合信号强度与温度的函数关系，反演得到大气温度廓线；最后，通过与SABER卫星的观测结果及NRLMSIS-00大气模型的仿真数据的对比，验证了MIGHTI温度反演的可靠性与合理性。误差分析结果表明，MIGHTI的温度探测误差随高度增加而增大，在92 km处为1 K，在140 km处为13 K。

基于紫外SO₂相机成像探测技术的工作机理，结合紫外辐射传输理论提出了SO₂相机的自定标理论。简要介绍了目前常用的3种定标（标准泡定标、DOAS定标和光谱定标）方法，并通过分析传统定标方法的局限性，阐述了自定标方法相对于传统定标方法的优势。实验结果表明，自定标法拟合的定标曲线斜率较传统方法所得定标曲线斜率相差约1.4%，平均相对误差约6%，满足测量精度要求。自定标方法具有准确、简便、实用的技术优点，在移动污染源的紫外成像遥感监测中具有良好的应用前景。

临近空间(20~100 km)风温探测对于大气物理和空间科学的发展具有重要的学术意义和应用价值。以1.27 μm附近的O2(a1Δg)气辉为辐射源, 采用广角迈克尔逊干涉仪进行临边观测, 能够实现平流层、中间层及低热层区域(40~80 km)大气风场和温度场的同时探测。本文设计了临近空间风温遥感干涉仪, 并对该仪器进行了仪器建模及正演仿真。根据气辉临边辐射光谱特性及谱线选取的原则, 提出了采用两组强度不同的谱线进行风温遥感, 弱线用于低空探测, 以避免自吸收效应对测量结果的影响; 强线用于高空探测, 以期实现高的测量精度。建立了由大气辐射传输模块, 迈克尔逊干涉仪模块, 滤波器模块, 以及光学系统、传感器阵列、红外焦平面等设备的系统参数组成的正演模型。通过正演模型获得了临边观测图像, 并对风速及温度的测量不确定度进行了计算。数值模拟结果表明, 在40~80 km的高度内, 风测量精度为1~3 m/s, 温度测量精度为1~3 K, 满足临近空间风温探测精度的要求。

星载气辉成像干涉仪采用临边观测模式, 可以获取全球范围内大气风场的空间分布信息及时间演化信息, 是国际卫星遥感领域的研究热点。基于O3辐射源的Michelson星载成像干涉仪在红外波段工作, 能够全天时探测平流层区域的大气风场, 却存在更为复杂的测风不确定度。鉴于此, 在临边观测正演仿真的基础上, 开展了仪器热背景辐射研究及测量噪声分析, 给出了大气信号测量噪声及仪器热背景噪声引起的大气风场速度误差数值, 并通过表观量仿真及信噪比分析, 得到了视向风的误差廓线。不确定度分析表明, 基于O3辐射源的Michelson成像干涉仪在星载条件下可全天时探测15~45 km范围内的大气风场, 反演精度优于1~2 m/s。该研究为基于红外辐射源的大气风场测量提供了重要的理论指导。同时对红外Michelson成像干涉仪的研制具有重大的工程意义和实践价值。

随着红外成像技术对时间分辨率、空间分辨率、光谱分辨率及光学稳定性需求的不断提升, 四者之间的制约矛盾愈加激化。分子滤光器是一种具有梳状离散透射谱型的滤波器件, 依靠分子能级跃迁对光波长的分辨实现选择性透射, 其效果是“光学”的, 机理是“量子”的, 为该矛盾的解决提供了新的途径。基于分子光谱理论, 给出了差量吸收型、磁致旋光型及多普勒调制型三类分子滤光成像技术的工作机理与理论模型, 结合研究团队相关工作, 分别介绍了差量吸收型分子滤光在机动车尾气遥感监测、磁致旋光型分子滤光在燃烧诊断以及多普勒调制型分子滤光在星载大气风场温度场遥感领域的应用, 最后分析了三种机理滤光方法的技术特点与适用性。

以O₃在8.823 μm波段的辐射为探测源,通过干涉仪获取其精细光谱的多普勒频移反演,是平流层风场探测的重要途径。鉴于此,通过对O₃临边辐射光谱特性进行分析,确定了最佳的目标谱线;利用三级红外Fabry-Perot标准具联合滤光,实现了目标谱线的提取;通过建立Michelson干涉仪数值模型,得到了临边观测情况下白天及夜间工作时的四步进干涉图像;通过误差分析,论证了15~45 km范围内,白天及晚上的视向风测量误差均在1~2 m/s范围内。因此,以O₃辐射为探测源的Michelson干涉仪可以实现平流层风场的全球全天时探测。

全球大气风场温度场探测具有重要的学术意义及广泛的应用前景。O2分子的红外大气带([a1Δg←X3Σg])在1.27 μm波段的气辉具有相对较强的辐射以及相对较弱的自吸收, 是实现较低空域的大气风场和温度场探测的最佳目标源之一。通过O2临边辐射光谱特性分析确定了两组共6条最佳目标谱线, 论证了这些谱线对风温探测的空间覆盖能力, 探讨了谱线的分离选取技术方案, 并借鉴MIMI仪器设计参数, 采用Michelson干涉仪进行了正演数值仿真, 得到临边观测图像。数值模型结果分析表明, 以O2 1.27 μm波段的气辉辐射为探测源的Michelson干涉成像仪可以实现45~90 km的大气风场及温度场探测。