为了满足太阳光谱在170~380 nm波段的精确观测需求, 设计了波长重复性精度优于±002 nm的紫外双光栅光谱仪。波长扫描机构是双光栅光谱仪的关键组件, 根据凹面光栅色散原理, 将光学设计指标转换为波长扫描机构设计的输入参数, 分析了影响光谱仪波长重复性精度的误差源。根据分析结果得知, 丝杠的重复定位误差是影响波长重复性的主要误差源。选用重复定位精度为±2 μm的丝杠设计了波长扫描机构, 并对光谱仪整机进行了设计。以汞灯光源对光谱仪的波长重复性指标进行了验证实验。实验结果表明, 设计的光谱仪波长重复性介于-0005~+0007 nm之间, 满足波长重复性优于±002 nm的指标要求。

为了对空间遥感光谱仪器进行光学性能检测, 设计并实现了空间遥感光谱仪器光学性能地面检测系统。该系统包含硬件和控制软件两部分; 硬件分为光源、机械运动子系统、信号采集子系统和计算机, 控制软件在Windows环境下使用Labview实现。在电机控制中使用细分驱动, 采用包含误差项计算步数的方法减小积累误差, 通过指定波长扫描或连续波长扫描进行扫描机构控制, 并实时显示光谱曲线。自动计算信噪比、使用广义最小二乘法对感兴趣的区域进行高斯拟合, 并自动读取带宽。实验表明, 本系统可以实现空间遥感光谱仪器的全波段、自动化光学性能检测, 波长精度优于±0.05 nm, 重复性优于0.01 nm, 可在1 s内完成信噪比计算, 光谱带宽小于1 nm, 满足指标要求, 提高工作效率, 为载荷研制奠定了基础。

为了实现紫外成像仪的紫外可见的光谱转化，并满足其在分辨率、能量转换效率和稳定性等方面的特殊要求，基于稀土配合物的发光机理，提出利用稀土铕配合物制备高分辨率紫外可见光转换膜。结合紫外成像仪的应用要求，对其分辨率、能量转换效率和稳定性进行了实验测试，实验结果表明，由稀土铕配合物制备的紫外可见光转换膜，分辨率优于100 lp/mm，有效能量转换效率高，性质比较稳定，是一种具有高分辨率的紫外可见光转换膜。

针对地球临边紫外环形成像仪的结构特点及高精度几何定标的需要，提出了一种基于紫外平行光管、高精度经纬仪及六维转台等设备进行的几何定标新方法。通过构建相应的几何定标新装置，实现了地球临边紫外环形成像仪超大临边视场的几何定标。几何定标结果显示，仪器在临边高度方向与理论设计符合程度在2 pixel以内，而在临边方位方向与理想情况偏差最大为25 pixel。不确定度分析表明，仪器在临边高度和方位方向上的几何定标不确定度分别为0.488 pixel和0.612 pixel，均达到亚像素级精度。几何定标新方法及装置对后续同类型仪器的前期光机装调及检测提供了重要参考和实现平台。

针对多方位/多波段临边紫外成像仪的结构特点及辐射定标的难点，提出了一种分割仪器视场定标再整合定标数据的方式。通过比较仪器全视场与分割视场照明条件下探测器相同像素点输出值的大小，得出各视场之间的相互影响量基本在仪器自身的测量重复性误差1%之内，从而证明了分割视场定标方式的可行性。对临边紫外成像仪分割视场定标结果显示，紫外290、310、355 nm三个波段的合成标准不确定度分别为3.93%、3.90%、3.84%，符合目前遥感仪器紫外波段辐射定标不确定度3%~5%的范围。临边紫外成像仪分割视场定标方式的成功实施为解决超大视场以及更加复杂的遥感仪器辐射定标提供了新的指导。

介绍了一种新的紫外臭氧垂直探测仪波长定标方法。结合连续光谱和单色仪产生特征谱线克服了一些特殊波 段内离散线谱的缺失。紫外臭氧垂直探测仪的波长定标系统主要由高稳定氙灯光源、1.5 m车尔尼-特纳型单 色仪以及前置、后置光学系统构成。该新方法的基本原理主要是一个相互定标校准的过程。紫外臭氧垂直 探测仪自带汞灯在紫外波段给波长定标系统提供参考标准光谱,波长定标系统则反过来给紫外臭氧垂直探 测仪提供12个更高线性精度的臭氧吸收特征光谱。该波长定标结果完全满足臭氧反演所需要的波长 准确度及光谱带宽精度要求。

基于对FY-3紫外臭氧垂直探测仪(SBUS)106动态范围线性测量的需求, 提出了一种将中性减光片法和双光阑法相结合的思路, 两者相互弥补, 得出了SBUS整个动态范围的线性度, 并进行了非线性修正。不确定度分析得出该方法的合成标准不确定度为0.44%, 而传统的距离平方反比定律法对于103-104动态范围的合成标准不确定度为0.62%, 证明了该方法对于大动态范围光电探测器系统线性测量的有效性和优越性。

为进一步提高紫外臭氧垂直探测仪(SBUS)在轨探测及数据反演精度，提出了SBUS地面定标的一系列改进方案，其中为实现地面定标与在轨工作环境一致的全波段真空辐射定标是改进的第一项。通过构建SBUS大气/真空光谱辐照度响应度比对测试装置，实测了两种环境下SBUS整机对同一光源的光谱辐照度响应。结果显示，在250~300 nm波段，真空/大气相对偏差约0.8%；在300~400 nm波段，真空/大气比对结果随波长变化，最大偏差略高于15%。而仪器250~400 nm波段定标环境引入的单项不确定度，真空定标比以往大气定标减小了1.8%。理论分析及实验验证后发现SBUS反射元件Al+MgF2膜层在真空/大气下光谱反射率会发生变化，从而证实了SBUS在真空环境下定标的必要性。

针对积分球开口光谱辐射特性测量的复杂性及紫外波段标准光源不确定度大的缺点，构建了一种基于紫外标准探测器的高精度绝对辐亮度计。用所构建的绝对辐亮度计，以3个波长为例，标定积分球开口光谱辐亮度，修正了250~400 nm波段积分球开口光谱辐亮度曲线。同时，利用该绝对辐亮度计对积分球输出稳定性、积分球开口均匀性以及朗伯余弦特性进行了全面测试。积分球开口3个波长280，313和352 nm处光谱辐亮度定标合成标准不确定度分别为3.2%，3.0%和3.0%，积分球输出稳定性、开口均匀性以及朗伯余弦特性3个波长处合成标准不确定度分别为1.7%，1.6%和1.6%。不确定度分析表明用绝对辐亮度计研究积分球光谱辐射特性与传统的积分球光谱辐射特性研究相比方便可行且精度更高。

用光谱辐照度标准灯的光谱辐照度标定内部照明的积分球开口光谱辐亮度，这一技术目前已比较成熟，通过两种方式推导出的传递仪器光谱辐亮度响应度之比随波长而变化。针对这一现象，构建了基于标准探测器的绝对辐亮度计和绝对辐照度计。用所构建的绝对辐射计在4个波长处标定光谱辐照度标准灯及标准漫反射板的变化情况，得出标准灯实际光谱辐照度值比自身标定值大，漫反射板实际双向反射分布函数(BRDF)比自身标定BRDF小的结论。将实际光谱辐照度及BRDF分别修正到积分球光谱辐亮度及传递仪器光谱辐亮度响应度中，修正后的传递仪器光谱辐亮度响应度之比随波长变化而趋于常数1。不确定度分析表明，在4个波长处光谱辐亮度定标中合成标准不确定度为0.884%~1.217%，光谱辐照度定标中合成标准不确定度为0.768%~1.136%。