云的定量识别在卫星数据反演中非常重要。云检测结果的质量直接影响各种反演产品的准确性。云检测实际上是一种目标识别和分类的过程, 检测的目的是为了特征提取, 因此,大量信号与系统中的新兴算法都被运用于云检测的技术研究中来。匹配追踪算法是近年来发展起来的非常有效的特征提取算法, 而正交匹配追踪算法更能有效提高信噪比。因此文中利用正交匹配追踪算法与多通道阈值法相结合, 进行了卫星云图云检测的相关研究。通过MODIS的云检测试验表明, 将正交匹配追踪算法应用到多光谱云图的信息处理中可以有效提高云检测的精度。

VIRR是搭载在我国最新一代极轨气象卫星FY-3B上的可见光红外扫描辐射计, 发射后的遥感器需要进行不断的辐射定标校准以提高数据质量, 更好的满足用户需求。 为了研究FY3B/VIRR入轨后辐射响应的衰变规律, 利用2011年—2015年敦煌辐射校正场同步试验数据, 采用反射率基法计算其反射太阳波段的辐射定标系数, 除受水汽吸收影响的波段10, 其余各波段定标系数相对标准差均小于1.5%。 以Aqua/MODIS为辐射基准验证了该方法的精度, 结果表明, 正演大气顶辐射与卫星观测值的平均偏差均小于2.5%。 基于上述五年的VIRR定标结果, 结合发射前定标系数, 计算了遥感器的年际衰变率, 结果表明: 仪器衰减显示出一定的波长依赖性, 波长越短的波段衰减越大； 与发射前定标系数相比, 入轨第一年的仪器定标系数有较大程度的变化； 随着在轨运行时间变长, 仪器衰减趋势开始减缓, 在轨运行的第二和第三年衰减均大幅减小； 从第四年开始波长<0.8 μm的波段, 有衰减增大的趋势； 在轨运行两年后, 波长>0.8 μm的波段部分年份出现了响应增加的现象； 与孙凌等的FY3A/MERSI衰减变化规律相比, 衰减率和波长的相关性是一致的, 但MERSI在0.65 μm的波段3和13均出现相应增加的现象, 而VIRR在该波长处的波段1却有衰减增大的趋势； 综合历年的衰减率可以看出, 波长较短的波段7, 8和9年衰减率基本大于5%。

提出了基于自动化多通道光谱辐射计(ATR)、6SV辐射传输模型、敦煌场地历史高光谱反射率模型、中分辨率成像光谱仪(MODIS)的双向反射分布函数(BRDF)的自动化辐射定标方法。当天气状况和卫星观测几何参数满足条件时,所提方法可对遥感器进行连续辐射定标。2015年8月至2016年3月在敦煌辐射校正场进行了实验,共获取17天的有效观测数据。以“水”卫星的中分辨率成像光谱仪(AQUA/MODIS)为辐射基准,验证了所提方法的精度和定标频次。结果表明平均10~15天能够对卫星遥感器进行一次辐射定标。与AQUA/MODIS各通道观测数据相比,利用所提方法得到的大气顶反射率的相对偏差均小于5%,平均相对偏差小于2%,标准差小于2%。

反射率基法是目前最常用、最有效的可见光近红外通道在轨辐射定标方法。在该方法中，准确的场地反射率测量是得到高精度定标结果的重要前提之一。利用双光谱仪法进行了野外地物反射率时间序列测量，避免了用传统测量方法可能出现的辐射条件不一致问题。用中心区和高反区场地反射率测量值对VIIRS传感器的表观反射率进行了模拟，并将VIIRS可见光近红外9个通道(I1、I2、M1～M7)的卫星观测表观反射率值与6S辐射传输模型模拟值进行了对比。除M6通道外(水汽吸收)，相对偏差均在3%以内，验证了场地反射率测量的准确性。

由于云对地球气候变化起着重要作用，对云进行监测是研究全球气候 变化的重要环节。目前，各国的气象专家和爱好者们都十分关注对云的监测研究，因此云检 测已经成为了当前的热点话题。利用日本的GMS-5气象卫星资料进行了云检测研究。采 用红外亮温法对云进行粗检测，然后利用相似离度法、空间一致性检测以及可见光反射率进行晴 空检测。最终结果表明，通过结合使用这三种方法进行云检测，能够很好地判断是晴空辐 射还是含云辐射。

星载光学传感器在轨同步定标需要地面同步光谱测量作为数据支撑，准确的地物反射率是得到高精度定标结果的重要前提之一。传统的野外地面反射率测量采用单光谱仪法依次对目标及参考板进行测量。在辐射条件连续剧烈变化的情况下，传统测量方法无法保证目标及参考板辐射条件的一致性。利用双光谱仪法进行野外地物反射率时间序列测量，避免了传统方法测量中可能出现的辐射条件不一致问题。将测量结果与单光谱仪法比较，二者相关系数达到0.998，而且双光谱仪法反射率曲线更符合实际光谱，从而验证了该方法的可行性。

从红外高光谱资料的特点和应用现状出发，通过用晴空时观测光谱和背景光谱偏差矢量最小原理研究了特定云状下不同云量、云高和云水含量对观测光谱的影响，提出了一种新的红外高光谱资料云检测方法。从云污染视场中检测出不受云影响的通道，并用通过辐射传输模式(Radiative Transfer for (A)TOVS, RTTOV)模拟的大气红外探测器(Atmospheric Infrared Sounder, AIRS)资料和实测数据进行了方法可行性和有效性验证。结果表明，该方法能有效地提高云污染区域红外高光谱资料的利用率，可为有云覆盖情况下的大气参数反演提供有效途径。

从用经典物理法反演大气参数的误差分析角度出发，利用贝叶斯原理探究了通道特性、背景误差、观测误差 和仪器噪声等在反演大气参数时对反演精度的影响，提出了一个定量衡量通道对反演大气参数精度的贡献指 标。以此指标为准则，对用高光谱分辨率资料反演大气温度廓线时的通道选择方案进行了设计和论证。以欧 洲中心在2012年发射的第二代红外大气探测干涉仪(Infrared Atmospheric Sounding Interferometer, IASI)为对象，从8461个通道中选出了300个贡献指标最大的通道，并将它们与AAPP 发布的应用通道作了比较。结果证明，本文选用的方法在选择反演大气温度廓线的通道时是有效可行的。