依据光叠加原理研制了一台太阳光谱仪光电探测系统线性度测试装置。该测试装置由300 W高稳定度氙灯光源、250 W卤钨灯光源、双层中性滤光片轮、双孔光阑及光学成像系统组成。依靠中性滤光片改变光束强度, 依靠独立开闭的双光阑和光学成像系统实现光流叠加。该装置工作波段为200~2 400 nm, 可模拟紫外-可见-红外波段地外太阳光谱辐照度, 动态范围为104, 已用于太阳光谱仪等光谱仪和硅光电二极管标准探测器等光电探测系统线性测量。

在地外太阳光谱辐照度测量和大气定量遥感等项研究的推动下, 近二、 三十年, 国际上光谱辐射计量技术发展十分迅速。 基于先进的高温技术、 优异的高温热解石墨材料和独特的设计, 全俄光学物理测量研究所(VNIIOFI)研制出温度高达3 200～3 500 K、 具有高均匀性和高稳定性的大面积普朗克高温黑体光源。 基于低温绝对辐射计的滤光片辐射计迭代测温技术, 使高温黑体温度测量不确定度小于0.5 K。 在德国物理技术研究院(PTB), 将这种高温黑体直接用于国际空间站地外太阳光谱测试仪器(SOLSPEC)的辐射定标, 定标综合不确定度小于0.5%～1%。 2008年德国物理技术研究院(PTB)建成名为计量光源(MLS)的新一代专用同步辐射存储环并投入使用。 为调节同步辐射的光谱分布, 稳态下其能量可设置为105～630 MeV任意值, 相应特征波长随之从735 nm改变至3.4 nm。 为在不改变光谱分布情况下改变光强, 电子束流可调节 11个量级, 即从 1个存储电子(相当于1 pA)到200 mA。 美国国家标准技术研究院(NIST)在同步辐射紫外辐射装置(SURF Ⅲ)3号光束线上建立了使用同步辐射的光谱辐照度定标装置(FICUS), 为紫外传递标准光源定标, 光谱范围200～400 nm, 相对测量不确定度1.2% (k=2)。 新一代同步辐射装置为地外太阳光谱辐照度测量仪器, 如SUSIM, SOLSTICE, SBUV, SIM和SOLSPEC等, 短波段高精度辐射定标奠定了技术基础。 该文描述新型高温黑体和同步辐射装置的建立与发展, 光谱辐照度和光谱辐亮度标准的传递及国际比对并评述它们在太阳光谱辐照度测量中的应用。

针对高精度空间光学定量遥感的需求，研制了一种采用数字微镜器件的自校准型光谱辐亮度标准光源。该光源具有两种工作模式:在窄带工作模式下，由Gershun管辐射计和CAS光谱辐射计自校准; 在宽带工作模式下，作为光谱辐亮度标准光源用于地面或空间遥感仪器的光谱辐亮度响应度定标。以光谱辐照度标准光源和Spectralon标准漫反射板组成光谱辐亮度标准光源为CAS光谱辐射计定标，测得自校准光源的光谱辐亮度。又以标准探测器定标的Gershun管辐射计测量自校准光源，采用迭代法得到自校准光源的光谱辐亮度。窄带模式下两种不同定标方法对自校准光源的光谱辐亮度测量结果在测量不确定度允许范围内一致。不确定度分析显示: 基于标准光源和基于标准探测器的自校准光源光谱辐亮度测量不确定度分别为1.41%~2.09% 和1.28%~1.61%。实验及不确定度分析结果表明，该光源可以满足高精度空间光学定量遥感的使用要求。

临边成像光谱仪是一种对大气遥感探测有重要研究和应用价值的新型空间光学遥感仪器。 信噪比是定量评价成像光谱仪成像质量和辐射性能的的一项重要指标， 信噪比的估算和测量对成像光谱仪的研制至关重要。 针对临边成像光谱仪从辐射传输和能量转换角度， 建立了信噪比模型， 推导了色散型临边成像光谱仪信噪比计算公式， 编制了信噪比快速计算程序。 利用大气辐射传输软件MODTRAN 4.0模拟计算出在典型观测条件下仪器入瞳光谱辐亮度， 从理论上估算了已研制成的临边成像光谱仪原理样机在典型观测条件下的信噪比。 结果表明， 在典型观测条件下原理样机的信噪比不低于8。 作为实验验证， 利用内照明积分球光源对临边成像光谱仪原理样机进行了信噪比测量， 测量结果证实了理论模型的正确性。

限于常规波长定标的局限性，构建了高分辨率紫外?可见成像光谱仪波长定标装置。该系统主要由具有高稳定性的300 W 氙灯系统、前置施瓦兹型聚光镜、高光谱分辨力的中阶梯光栅单色仪以及后置光学系统组成。利用ZEMAX 光学设计软件，对该中阶梯光栅单色仪光学系统进行了优化设计。对设计结果进行了分析，设计结果表明，所设计的高分辨率紫外?可见成像光谱仪波长定标装置满足设计指标要求，扫描光谱范围270～500 nm，光谱分辨力小于0.05 nm，波长精度小于0.05 nm。

介绍了我国自主研制的用于地外太阳紫外光谱测量的FY-3紫外臭氧垂直探测仪，利用该仪器成功获得了地外太阳紫外光谱数据。该紫外臭氧垂直探测仪是一台结构紧凑，工作波段为160~400 nm的紫外-真空紫外光谱辐射仪。报导了该探测仪的组成和工作原理，描述了它的3种工作模式，即大气模式、太阳模式和标准灯模式。介绍了太阳模式下该探测仪的光谱辐照度定标，受光源性能所限，光谱辐照度定标分160~300 nm 和250~400 nm两个波段进行。最后，给出了利用紫外臭氧垂直探测仪获得的太阳紫外光谱和数据处理结果。结果表明，利用该探测仪在轨获得的160~400 nm太阳连续光谱和250~340 nm间 12个特征波长的太阳分立光谱与美国SBUV/2获得的测量数据的一致性在±5%以内。

开发了提取FY-3A紫外臭氧垂直探测仪遥感数据并进行处理的星上数据预处理软件。预处理包括引入仪器光谱响应度地面辐射定标数据，进行角度响应修正、非线性修正、换档比及漫反板衰减修正等。介绍了软件修正功能的原理，结合紫外臭氧垂直探测仪的在轨测量模式建立了相应数据修正算法和模型，并将修正算法和模型转化为功能丰富的星上数据预处理软件。使用该软件得到了在轨测试的太阳紫外光谱预处理数据，并以此为例给出了验证结果。分析比对表明，FY-3A星紫外臭氧垂直探测仪的全部软件功能均已得到实现，所测太阳紫外光谱与国外仪器数据比对其一致性达到±5%以内，验证了数据预处理软件的正确性。

分析了大气临边成像光谱探测的原理，依据应用要求设计研制了光栅色散型紫外/可见临边成像光谱仪原理样机。该样机采用宽波段折射式消色差前置望远光学系统与改进的Czerny-Turner光谱成像系统匹配的结构形式，工作波段为540~800 nm(一级光谱)和270~400 nm(二级光谱)，通过切换紫外、可见带通滤光片来实现两个波段分别探测，质量为8 kg， 体积为450 mm×250 mm×200 mm。用该样机进行了实验室光谱实验，并对光谱分辨率进行了分析，测量了该样机的实际光谱分辨率。测量结果表明，该样机的实际光谱分辨率为1.3 nm，接近其理论光谱分辨率1.12 nm，满足设计指标1.4 nm的要求，并具有体积小、质量轻等特点，适合空间遥感应用。

描述了FY-3A气象卫星紫外臭氧垂直探测仪的组成和4种主要工作模式，即大气测量模式、太阳连续测量模式、太阳分立测量模式及标准灯测量模式。在此基础上对在轨运行的任务进行了分析说明。针对仪器运行参数多、测量模式转换复杂等特点，提出了合理的在轨运行控制方案，介绍了其程控设计要点与实现。给出了FY-3A星紫外臭氧垂直探测仪在轨测量的太阳模式和大气模式紫外辐射遥感数据，其太阳分立模式波长重复性为±0.03 nm,自动增益转换功能使系统的动态范围达到106量级。实验结果表明，FY-3A星紫外臭氧垂直探测仪在轨工作正常，测量模式转换和执行准确，其运控方案完备，数据获取有效，仪器在轨工作处于最佳性能状态。

为了避开球面反射镜光谱反射率的测试难点,提出了间接平行光和直接发散光两种不同的定标方法标定仪器辐照度响应度。对两种方法的定标过程与其标定的响应度结果进行了比较与分析,相对偏差为1.0%。不确定度分析表明,利用250-400 nm间接平行光法的辐照度绝对定标不确度为±2.8%,相对不确定度为±2.0%;直接发散光法对应的不确定度分别为±2.4%和±1.4%,相对偏差均小于各自的相对定标不确度。结果表明,与间接平行光法相比,采用直接发散光法标定空间紫外遥感仪器(SURSI)辐照度响应度可以更有效地减少辐射定标不确定度。