太阳辐射计是观测大气气溶胶重要的地基遥感设备,其定标是获取高精度气溶胶产品的前提条件。视场角(field of view, FOV) 是太阳辐射计的重要参数,也是传递定标的关键参数。基于SONET观测网2016年定标实验,对传递定标方法(单次传递及历史传递 平均结果)和矩阵扫描法获得的仪器FOV进行对比分析,结果表明:单次传递、历史传递平均和激光矩阵扫描结果与仪器的FOV设计值 平均相对误差在2%～3%之内,而三种方法获得的FOV最大相对误差为1.59%,满足FOV的精度要求。误差分析表明,传递定标法 误差主要来自积分球辐亮度定标系数,而矩阵扫描法的误差主要由激光面光源引起。但三种方法各有优劣,可以相互验证、 相互补充,以获得更加准确的仪器FOV参数。

卫星遥感技术是研究大气气溶胶时空变化规律的重要手段之一。高分四号卫星(GF-4)作为新一代静止卫星,不仅具备更多的可见-近红外波段,而且具有超高 时空分辨率的特点,可以执行对固定区域连续观测或凝视扫描覆盖观测,为气溶胶光学厚度定量反演提供了有利条件。基于GF-4静止卫星超高时 空分辨率卫星数据,在深入了解卫星观测模式及传感器波段对气溶胶反演敏感性基础上,基于地气时变差异核心思路,开发了针对GF-4超高时空分辨 率数据气溶胶光学厚度反演算法;设计并实现了具备业务化反演气溶胶光学厚度能力的软件系统,软件系统具备多线程、全自动运行能力, 满足卫星数据处理业务化需求。利用该系统对GF-4数据进行了处理和分析,通过地基仪器实测的气溶胶光学厚度进行了验证, 取得了初步结果。结果表明,该系统具有良好的可靠性和稳定性,可以服务于大气颗粒物时空变化遥感监测。

本文建立了基于单像素探测器的光学层析系统，为现代**制导红外成像技术提供一种新的成像方法。利用了光学层析成像可以获得高分辨率图像的特点，设计出潜望镜圆锥形光学扫描系统和65 条狭缝的调制盘。通过光学系统在调制盘狭缝的多角度旋转扫描获得一维投影值，利用滤波反投影加速算法，对层析信号进行重构处理从而获得待测物体的二维图像。单像素探测器具有高频率响应，与滤波反投影加速算法和硬件加速结合，可以实现高速图像获取。对设计的光学系统进行实体验证，计算了65 条狭缝层析成像系统参数，并研究在各种加性噪声下，重构结果和直接成像结果的比较，验证了成像系统具有良好的信噪比特性。本文对于发展新型的光电跟踪系统，提高目标跟踪系统的作用距离和范围提供了理论依据。

视场角(field of view, FOV)是太阳辐射计的基础参数,也是太阳辐射计传递定标方法和室内积分球光源对比定标方法的关键参数,获取高精度的FOV是提高 此类定标方法精度的重要手段。基于矩阵扫描测量方法,针对CE318型太阳辐射计,研制了激光光源测量FOV系统,并将测量结果与传递定标法进行 了对比验证。结果表明:基于激光光源的矩阵扫描测量效果最好,不确定度为0.4%～1.1%;而基于太阳光源矩阵扫描测量受太阳运动的影响,因 此有一定的发散角,导致测量结果比激光光源测量结果小约1.3%～1.4%。此外,在太阳辐射计历史定标系数较多时,激光光源测量结果与传递定 标法计算的FOV结果一致性较好,说明传递定标法在历史数据多时也可以得到较精确的FOV结果。

气溶胶吸收直接影响光在大气中的传播造成光的衰减。本文采用折返式 Jamin偏振干涉结构建立了气溶胶光热干涉实验系统, 提出并实验研究了在激光照射 (加热)和降温两个阶段分别测量吸收系数的方法, 确定了两种方法测量气溶胶吸收系数的激发激光功率, 为进一步开展气溶胶吸收系数的实验研究提供了参数支持。

多路激光束合成是获得高功率和高能量激光输出的有效途径,因此,多年来光束合成方法和技术得 到了广泛的关注和深入研究。近年来,随着空间光通信和激光传播工程等应用需求的发展,合成光束 在湍流大气中的传播过程及其规律研究也逐渐成为光传播研究领域的热点问题。针对多种典型激光阵 列合成光束,首先对比分析了广义Huygens-Fresnel原理、Rytov微扰近似以及随机相位屏数值模拟等 方法在激光阵列合成光束大气传输研究中的应用;其次,阐述了合成光束传播应用研究中的桶中功 率、衍射极限倍数β、M2因子、光束传输因子等光束质量评价因子的评价作用; 最后,根据阵列合成激光束的研究现状和成果,提出了应进一步深入研究的问题。

研究了气溶胶粒子的光热敏效应和热感应光致折射率变化， 提出了通过增加光热作用区个数来提高探测灵敏度及用低相干干涉法降低成本的方法。建立了光热低相干干涉法测量大气气溶胶吸收系数的数学模型，分析了干涉仪正交状态测量和干涉条纹细分探测两种方式下的探测灵敏度，讨论了低相干偏振干涉情况下的探测限。结果显示，在典型条纹细分情况下理论探测灵敏度可达1×10-6 m-1; 增加光热作用区m个，探测灵敏度理论值可提高m倍。理论和方法研究证明光热低相干干涉法具有可直接测量大气气溶胶吸收系数、在线原位、低成本，易于进行温度修正等优点。

差分法(extinction minus scattering)是气溶胶吸收系数的常用测量方法之一。针对气候变化对气溶胶吸 收系数的敏感性要求,理论分析了基于光腔衰荡光谱测量消光系数、散射系数的不确定度,推导了气溶胶吸 收系数的不确定公式,并讨论了不同气溶胶单次散射联合反照率下气溶胶吸收系数的不确定度值,为研究 大气气溶胶吸收对气溶胶辐射强迫以及气候强迫的影响提供参考。

为了实现对红外光谱的准确测量, 对切趾、相位校正、波数校正等方法进行研究, 建立了高精度的傅里叶红外光谱仪数据处理系统。在比较各种窗函数的优缺点的情况下选用四阶布莱克曼窗函数对干涉图进行切趾, 根据红外光干涉图相位误差特点采用卷积法对单边干涉图进行相位校正, 深入研究波数校正方法, 采用能量重心法进行波数校正。实验结果表明, 傅里叶红外光谱仪数据处理方法能有效的实现光谱的准确测量, 在波数重叠非常严重的条件下波数精度能提高 5~10倍, 在波数重叠不严重的条件下波数精度能提高 103倍以上。四阶布莱克曼窗函数能有效减少有限截取的能量损失, 卷积法相位校正能很好的校正相位误差, 能量重心法能够对谱峰进行精确定位, 高精度 FTIR数据处理方法能实现对红外光谱的高精度测量。

气溶胶辐射强迫效应的正负在很大程度上取决于其复折射指数虚部的大小。运用干涉光谱和Mie散射理论,分别在相同粒径粒子和不同粒径粒子两种情况下, 推导出了干涉光谱和气溶胶复折射指数之间的关系式,初步建立了干涉光谱方法测量气溶胶复折射指数的理论模型,并对探测限进行了讨论。研究表明: 干涉光谱方法测量气溶胶的复折射指数在理论上是可行的。