云相机采用阈值法对观测目标区域进行在轨实时云识别。在云判算法中，辐射度量的准确性将会影响最终的反演结果。本文建立了云相机像元响应值与辐亮度之间的信息模型，针对云相机探测器各像元在入射光均匀一致时，输出响应值出现不相等的情况提出了改进措施。首先，根据云相机的信息模型分析了探测器像元响应值不同的原因，建立了云相机的相对辐射定标模型。然后，由于云相机视场角较大，大口径积分球辐射源出射光也难以一次性覆盖所有视场，在实验中设计了分视场测试的方式。最后，根据相对辐射定标模型和分视场测量方式，进行了云相机的相对辐射定标。实验结果表明：云相机对积分球成像结果校正前非均匀性为6%左右，经相对辐射定标校正后，在轨典型信噪比条件下非均匀性达到1.5%以内，低信噪比条件下达到3.25%。定标测试结果满足云相机设计的指标要求。

紫外可见偏振成像光谱仪中沃拉斯顿棱镜的色散效应会导致探测器同一空间通道的中心坐标发生偏移,影响目标信号探测精度。根据偏振解调算法,利用沃拉斯顿棱镜出射的两正交分量调制光谱(S光和P光)实现偏振信息解调时,还需要完成光谱匹配。针对这一问题,提出了一种光谱定标与匹配方法。首先利用平行光源标定了仪器视场角与空间维像元的对应关系,提取出各空间通道对应的像元坐标集合并确定了视场定标方程;在同一空间通道内,通过低压汞灯标准光源对波长与像元的对应关系进行标定,得出光谱定标方程;利用视场定标和光谱定标结果完成正交分量光谱的匹配;最后利用太阳光谱中Fraunhofer线的特征波长对定标结果进行了检验。结果表明:紫外可见偏振成像光谱仪正交分量的光谱吸收峰位具有较好的一致性,定标值和标准值的偏差在0.1 nm以内,这验证了定标结果的准确性。

云相机用于对目标区域进行云识别和云覆盖率的判别,其采用阈值法进行云判。为满足云判的准确性,确定探测器响应值与辐亮度之间的关系尤为重要。以云相机采用的基于拜耳阵列的面阵彩色CCD相机为研究对象,分析其成像过程,发现其红(R)、绿(G)、蓝(B)通道的辐射响应光谱存在重叠;以此为基础,建立了多通道CCD探测器辐射响应定标模型。针对云相机使用的R和B通道,使用747 nm LED和443 nm LED作为积分球的光源,设置光谱辐亮度的最小值、典型值、最大值,在单光源条件下进行云相机的绝对辐射响应定标实验以确定相应的绝对辐射响应系数,在双光源条件下验证了提出的辐射响应定标模型的正确性。该方法消除了探测器响应混叠带来的定标不确定性,有效提高了绝对辐射定标的准确度。

星载同步监测大气校正仪(SMAC)用于获取遥感图像中时间同步、空间匹配的多光谱偏振大气信息,为高分辨率遥感图像的大气校正提供了气溶胶、水汽等微物理参数。为满足SMAC环境试验过程中现场光学性能标定的需要,设计了一种便携式多通道辐射参考光源(PMRLS)。PMRLS采用与SMAC一致的多通道光学设计,且各通道均为独立发光组件。发光组件采用发光体配合扩散板形成均匀照明,在可见近红外波段、短波红外波段分别选用LED和小功率卤钨灯作为发光体以降低整体功耗,采用低噪声稳定电流源驱动光源,结合散热片和风扇的散热设计以保证光源温度稳定性,并通过结构限位固定结构位置关系以提高光源测试的重复性。通过PMRLS应用对象,即SMAC,将积分球光源的辐亮度直接等效传递至PMRLS,并进行了非稳定度、非重复度评价。性能测量结果显示,SMAC地面检测光源各通道输出能量与SMAC动态范围典型辐亮度值的偏差在7%之内,非稳定度优于0.76%,非重复度优于1.3%,测量结果表明研制的PMRLS能够满足SMAC性能快速监测的需求。

为实现云相机控制系统的模块化设计、提高系统集成度,提出了基于FPGA(field programmable gate array)的在轨实时云判系统硬件平台的设计方法。在对系统各功能模块进行划分的基础上,确立了片内双核CPU软件架构,其中一个CPU独立处理云判算法以保证所提算法运行的实时性,另一个CPU用于与卫星进行数据交互和部分数据预处理,通过自定义IP (intellectual property)核实现CCD成像和外围接口的时序控制。以CCD图像采集与存储模块为例,重点讨论了CCD驱动电路、模拟前端电路、数据存储电路的设计和时序,并对该模块IP核的设计方法进行了说明。最后对云相机的成像性能参数进行测试,实验结果表明:设定积分时间内,随着积分时间的推移,相机暗电流噪声变化较小;中心视场处,输出非线性度为1.29%;在信号达到饱和光强的80%时,信噪比为128.1,满足云相机工作要求。

通道间视场一致性程度是分孔径探测系统的重要指标之一, 准确判断视场一致性程度对于该类仪器的设计和装调有积极意义。介绍了视场测量原理和视场一致性度量原理; 基于矩阵扫描测量视场的方法, 提出了体积法和面积法两种度量分孔径视场一致性的方法; 简要分析了不同情况下选用各种度量方法的优劣; 并在实验室搭建了分孔径探测系统视场测量装置, 测量了大气偏振辐射计通道间视场一致性程度。结果表明: 即使装调光轴平行度高于95%, 体积和面积一致性仍可能低于90%。单一方式难以准确度量视场一致性情况, 多种方法混合使用可以更全面地了解仪器零件加工和装调情况。

：杂散光分析是提高信噪比，保证测量精度的关键手段之一。依据星载大气主要温室气体监测仪光学系统结构及其工作特点，设计了仪器的外遮光罩和前置望远系统的遮光筒。建立仪器的三维实体模型，利用Tracepro软件对仪器氧气通道(758~768 nm)的杂散光进行了分析，给出系统杂散光点源透射比(PST,Point Source Transmittance)曲线， PST在30°离轴角小于5×10-7。依据PST拟合曲线，通过积分计算得到杂散光系数小于4%。结果表明：杂散光抑制措施效果明显，杂散光水平达到了设计指标要求。

研制了一种双角度偏振大气校正仪航空样机用于卫星遥感图像数据的定量化.该仪器通过时间同步和空间覆盖的探测方式获取被校正图像对应的角度、光谱、偏振三个维度的大气信息,实现气溶胶和水汽的高精度参数的反演;将反演获取的大气参数作为输入条件,利用辐射传输模型进行遥感图像的高精度大气校正.仪器采用天底(0°)和前向(55°)两个方向观测,具有8个探测波段,覆盖可见到短波红外(0.49～2.25 μm)波段,其中5个波段具备偏振探测能力;采用高精度一体化结构设计保证各偏振探测通道的视场重合精度,降低偏振探测目标不一致引起的偏振测量误差.实验室定标和测试结果表明,偏振波段的视场重合度优于95%,偏振测量精度优于1%(偏振度DoLP=03),满足仪器设计指标要求.

用机载激光测高仪对单木树冠进行自动提取和轮廓描绘,是获取森林信息的一种快速有效的方法。机 载激光测高仪可通过记录回波波形来描绘单树植被冠盖 等细节信息,但由于激光足印较小,很难给出树木种群的细节尺度参数,如树的冠盖大小、树径等。提出 把若干小激光足印复合成大激光足印的方法, 并通过高斯分解算法导出植被冠层高度、植被冠层反射率和中值能量高度等大尺度参数。实验结果表 明,通过把固定数量的小光斑激光足印复合成一个大光斑 激光足印的方法,能反演出更多的单树外围尺度参数,为植被垂直结构分析提供更多的可靠保证。

针对激光测高仪中发射的激光脉冲并不是高斯对称的, 并且由于目标物的影响, 使用一系列标准高斯函数的和来拟合回波脉冲并不精确, 本文提出改变回波分解的取模模型, 通过正确模型的选取来改善回波位置的精确度。该方法采用比高斯函数复杂的对数正态函数和广义高斯函数, 采用 LM非线性拟合算法拟合回波波形。实验结果表明, 通过对植被等回波数据的拟合显示出针对不同的地形存在不同的改善效果, 同时新参数的引入可获得波形的额外信息, 使得对目标物表面几何形状、反射率和粗糙度等信息的解算变得更为容易。Waveform Based on Canopy Surface