小波去噪是效果较好的去噪算法，小波函数和分解等级的选择对去噪质量影响很大，但利用小波函数对X射线荧光光谱去噪存在优化困难。针对这一问题，提出了一种基于Russian roulette优化小波算法用于X射线光谱去噪。以土壤中Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Pb等8个重金属元素定量模型的决定系数（R²）求和为优化目标，通过Russian roulette优化策略更新小波函数和分解等级，经过设定的迭代次数后，选出实际土壤样品光谱较优的小波函数和分解等级。该方法在55个国家标准物质土壤样品的30 s测量的X射线荧光光谱进行验证，优化后8个元素的R²均有所提高，8个元素的定量模型R²之和从7.8383增大到7.8704。这将为小波去噪在X射线光谱的元素快速测量提供一种可选择的方案。

对于无星上定标系统的大视场大气探测载荷,利用广阔的海洋无监测定标场(SNES)进行基于统计方法的在轨替代定标,是国际上公认和推荐的方法。基于大气气溶胶多角度偏振探测仪(DPC)的载荷工作原理和一级数据产品的特点,在确定反射率基定标的基础上,通过海表双向反射率分布函数(BRDF)的大气传输仿真计算确定了合适的角度阈值,以降低非大气分子散射的干扰;同时对定标场的环境参量进行了统计分析,解决了统计定标中数据筛选与误差评估的核心问题,最终实现了DPC可见光波段在轨定标系数变化的精确评估。在考虑定标源和仪器实验室定标误差合成后,绝对辐射定标系数的最终定标误差在1.24%~4.76%之间。

大视场偏振多光谱相机比传统的光谱相机多探测角度和偏振两个维度的信息, 尤其在气溶胶遥感监测领域, 具有很大优势, 所以在2020年前后全球将大量发射搭载该类载荷的卫星。 作为定量化程度很高的光学载荷, 在轨定标一直受到很大的重视。 因受限于缺乏星上定标设备和低空间分辨率特点, 使用自然景物作为替代参考光源进行在轨辐射定标。 多角度偏振相机内部的辐射传递过程复杂, 需要进行辐射定标的相机参数有多个。 辐射定标系数包括辐射强度和偏振两种类型多个参数, 使用的自然景物类型多, 导致多种定标方法组合、 并行发展。 2018年新发射的高分五号卫星是我国第一颗, 也是同期国际上唯一搭载偏振运行载荷的卫星, 在其后国际上也会有多颗卫星搭载同类型传感器上天, 有必要梳理替代定标的研究进展情况。 文章系统介绍了大视场偏振多光谱相机的一般光学结构及其光谱设置等重要技术参数, 梳理了相机的辐射传递模型。 划分了绝对辐射强度、 相对辐射强度和偏振参数三类来描述不同定标系数的在轨定标方法和原理。 针对特定的待定标系数, 介绍了在轨替代定标所需选用的自然景物目标和定标的流程方法。 形成了大视场偏振多光谱相机在轨辐射定标的方法系统。 并汇总了定标结果检验的一般方法。 新的大视场偏振多光谱相机的在轨辐射定标, 将继承原有研究基础, 使用特殊自然景物开展定标。 在后续的同类遥感相机在轨定标工作中, 也可以充分借助同一个卫星平台上的其他载荷及其星上定标器、 借助地面人工光源等方法开展新形式的在轨辐射定标。 我国、 欧洲以及美国等规划了新型偏振相机航天发射计划, 面向未来几年的我国和欧美诸多同类相机, 结合作者研究基础, 对未来在轨定标方法进行了初步设计和展望。 偏振类型的多光谱相机主要服务于大气颗粒物遥感监测, 对我国当前关注的大气环境问题非常重要。 卫星发射后持续的在轨辐射定标是保障卫星遥感产品反演精度的必要条件。 系统的在轨定标研究梳理和在轨定标未来方法的初步设计将为后续卫星遥感应用系统提供方法和模型参考。

为了满足偏振扫描仪的偏振测量精度要求,提出一种利用偏振扫描仪星上偏振定标器精确测量标准偏振态数值的方法。首先介绍了偏振扫描仪的技术特点、测量原理和偏振定标模型;其次结合仪器特性,将地球反照光+线偏振定标器/非偏振定标器作为在轨偏振定标的偏振态标准源;然后分别设计了专用的线偏振定标器和非偏振定标器;最后利用马吕斯定律确定线偏振定标器的偏振态数值,将星下点数据筛选出线偏振度小于0.4的下垫面反射光作为非偏振定标器的有效光源,以获得符合要求的非偏振光。所设计的定标器符合全光路、全孔径、端到端的要求,可保障长期在轨偏振测量精度为0.005。

为保障偏振扫描仪长期在轨的偏振测量精度，研究了偏振扫描仪的星上偏振定标原理与方法。首先，针对分孔径和分振幅的技术特点，结合实际的误差来源，理论推导了系统探测矩阵；其次，根据仪器参数，利用已知偏振态的线偏振光和非偏振光，推导了星上偏振定标方程；然后，设计了用于星上偏振定标的线偏振定标器和非偏振定标器；最后，提出了利用已知偏振度的太阳漫射板辐射定标数据来校正偏振扫描仪的低偏振度测量精度和稳定性。所提出的星上偏振定标方法具有高精度、高频次、高效率等特点，可满足长期在轨偏振测量精度为0.005的应用需求。

为了检验星载多角度偏振成像仪(DPC)在自然目标下的偏振和辐射定标精度,设计了测量精度验证试验。在晴朗天气对天空成像,得到了天空的偏振度和辐亮度数据,并将其与同时观测的CE318型太阳-天空偏振辐射计的数据进行了比对。结果显示:三个偏振波段的平均偏振度差异小于0.02,满足DPC偏振测量精度的指标要求,但辐亮度差异较大。修正定标光源与测量目标间光谱非匹配的影响,两台仪器观测波段、观测视场非一致性的影响以及系统偏差后,两台仪器490 nm和670 nm通道的平均辐亮度的差异小于1%,865 nm通道的平均辐亮度差异小于2%,验证了DPC定标数据的有效性和仪器的测量精度。

比值辐射计是一种监视漫反板双向反射分布函数(BRDF)在轨衰变的有效装置，太阳观测通道相对几何因子(简称几何因子)是比值辐射计在轨应用前需要精确测量的关键参数之一。对比值辐射计工作原理进行了介绍，在实验室内以卤钨灯代替室外的太阳对比值辐射计几何因子进行了重复测试，根据几何因子统计结果结合测试误差进行比值辐射计470、650、825 nm 波段几何因子测试不确定度的分析。结果表明，比值辐射计几何因子测试不确定度在470 nm 波段为0.48%，在后两个波段均优于0.16%，符合该参数的测试需求，为后期星上定标不确定度的评估以及星上定标系数的获取提供了有效的数据支撑。

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。

为满足星载多角度偏振辐射计六孔径同时定标及全光路定标的要求，根据多角度偏振辐射计的光路特点和结构约束设计了六出孔椭球形积分球定标源，并对积分球辐射输出的一致性﹑均匀性及偏振特性进行了检测。其中，一致性的检测采用定标后的光谱辐射计直接测量；均匀性的检测考虑积分球出口小，采用了透镜加光阑扫描的方法；偏振度的检测使用了根据马吕斯消光定律设计的线偏振检测仪。实验和检测结果表明，采用的检测和数据处理方法提高了系统的信噪比和测量的准确性。积分球成对开孔输出一致性优于99.5%，面均匀性优于99%，偏振度低于1%，这些结果满足多角度偏振辐射计的辐射定标需求。

辐射定标是光学遥感信息定量化的关键技术之一。随着高分辨光学遥感器定量化应用的发展，在轨绝对辐射定标精度的要求也越来越高。提出了一种基于多灰阶靶标的在轨定标方法，采用实际测量的漫射辐照度与总辐照度比来代替辐射传输计算的气溶胶散射，同时布设高反射率靶标以提高辐射定标精度。初步试验结果表明，基于多灰阶靶标的高分辨率光学卫星传感器在轨绝对辐射定标方法，对假定的理论模型依赖较少，能够实现全动态范围的高精度定标，不确定度优于4%，而且满足复杂环境条件的应用要求。