为了提升大气物质边界层高度（AMBLH）的识别准确性，基于2020年11月至2021年11月在青岛开展的大气边界层（ABL）观测实验，提出了一种基于相干多普勒激光雷达（CDL）信噪比数据的AMBLH的综合反演方法，并应用此方法反演得到了青岛地区的AMBLH，其与探空仪反演结果的相关度为0.93。分析了青岛一年内的AMBLH发展情况，发现各月份AMBLH均有日变化特征，其中6、7月特征相对较弱，推测这与夏季来自海洋的东南风盛行有关。AMBLH月均值在全年呈起伏波动趋势，在冬末至春初、夏末至秋初的阶段逐步增大。AMBLH月均中位数4月最高、6月最低，AMBLH季度发展程度由高到低的顺序为春季、冬季、秋季、夏季，其中春季和冬季高度相近。AMBLH各季度日变化中抬升趋势出现的时间为夏季早于春季，秋季与春季相近并早于冬季。

由于火灾阴燃过程会产生二氧化碳（CO₂）气体，故采用基于非色散红外（non-dispersion infrared，NDIR）原理的火灾预警系统来监测CO₂浓度来预防火灾事故。该预警系统基于中红外吸收光谱技术，利用CO₂气体分子在4.26 μm处的基频吸收带，结合红外宽带热光源和双通道热释电探测器，实现了中红外CO₂的高灵敏检测。利用配备的CO₂气体样品，研究了该系统对CO₂气体的传感特性。由于需要将火灾预警系统放在农业机械上工作，机械振动会影响系统光路结构，因此需要对装置进行减振处理。基于杜哈梅积分模型及其在求解振动系统响应问题上的应用，设计了一种减振装置，并对该装置进行了建模仿真，结果显示振动幅度减少了82%。将该减振装置进行室外振动测试，结果显示仪器振动幅度减小了86%~87%，采用减振装置时CO₂测量浓度的方差相较未采用减振装置时减小了50.01%，不确定度降低了29.52%。仿真分析及室外振动实验结果表明，该减振系统的减振效果良好，具有性价比高、减振结构简单等优势，具有工程应用价值。

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。

作为一种新型紫外可见线阵图像传感器，紫外可见NMOS已经应用于国外的空间遥感探测中，但是目前在国内相关研究甚少。在紫外可见波段针对NMOS的重要光电性能参量——量子效率进行了定标研究，为NMOS线阵图像传感器在紫外空间遥感探测的应用奠定了基础。基于美国标准技术研究院(NIST)标定的标准探测器，构建了一套NMOS量子效率高精度定标系统。在250~700 nm波段范围内，通过直接标定NMOS入射窗口处接收到的光子数，结合NMOS信号处理及读出单元得到NMOS的响应电子数，标定其量子效率。结果表明NMOS线阵图像传感器的量子效率在紫外波段达到34%@275 nm，在可见波段达到80%@550 nm。通过不确定度分析，量子效率的测量不确定度为2.5%。

为满足天基紫外跟踪观测需求，设计了一套紫外跟踪详查系统，该系统由跟踪相机与详查相机两部分组成。利用望远系统与中继透镜结合的方式实现双视场与双角分辨率。望远系统采用曼金卡塞格林结构，口径为100 mm，焦距为605 mm。跟踪系统波段范围为250~400 nm，跟踪相机视场为2.5°×1.9°，角分辨率优于180 μrad，详查相机波长范围为200~360 nm，视场角为0.15°×0.11°，角分辨率优于13 μrad。利用光学软件设计并进行分析，跟踪相机与详查相机各视场调制传递函数分别高于0.9和0.8，满足设计指标要求。

根据阿达玛变换光谱仪的原理与狭缝衍射特性, 分析了光谱仪入射狭缝衍射对阿达玛变换光谱仪测量结果造成影响, 对衍射情况下的阿达玛变换光谱仪的仪器结构矩阵进行了研究, 得出了衍射情况下阿达玛变换光谱仪的编/解码方法, 通过对入射光谱的还原分析, 验证了编码/解码的正确性。 该方法对阿达玛变换光谱仪的高精度光谱测量具有重要意义。