为了提高天基空间目标光学散射特性的计算精度,提出了一种天基空间目标光学散射特性的精确建模与验证方法。综合考虑目标的背景辐射环境、表面材料属性、几何结构尺寸、运行轨道要素等因素,通过有限元分析和矢量坐标变换,利用双向反射分布函数建立了目标光学散射特性的数学模型。基于目标光学散射特性测量平台,进行了低温真空环境下目标光学散射特性数学模型的实验验证。结果表明,目标散射辐照度的理论建模结果与实验测量结果基本一致,均方误差优于9.57%。实验结果验证了建模方法的正确性。

目标表面双向反射分布函数(BRDF)可用于描述目标的散射特性,被广泛应用于目标探测识别、特征分析提取等领域。基于五参量BRDF模型,针对目标表面材质特点建立了两类材料的简化五参量模型(半光面材料BRDF模型和毛面材料BRDF模型)。在此基础上,优化了模型参量拟合算法,在粒子群优化算法(PSO)中引入模拟退火算法(SA),提高了算法的局部搜索能力和效率。实验测量了不同粗糙度的2024铝合金样片和三种大粗糙度样片的BRDF数据,分析了目标样片BRDF随散射角的变化趋势以及其与表面粗糙度的关系。利用模拟退火粒子群优化算法(SAPSO)、遗传算法(GA)、粒子群算法对实验数据进行拟合,模型计算结果与实验结果的对比显示,模拟退火粒子群算法拟合误差更小,更适用于BRDF优化建模,证明了该算法的有效性。

为了能够精确地测量线性渐变滤光片的光谱特征参数, 提出一种线性渐变滤光片的透过率检测方法.该方法在测量时, 用光谱仪分别采集滤光前和滤光后的光信号, 计算得到测量点的光谱透过率.调节微动位移平台, 对滤光片样品进行多点扫描测量, 数据处理后, 得到线性渐变滤光片的光谱特征参数.推导了测试光谱透过率的理论公式, 仿真结果表明该方法的测量精度随着线性色散系数的增大而减小, 在线性色散系数小于1.5 nm·mm-1时, 该方法测量的中心透过率和带宽的误差小于0.4%.根据该测量方法设计了相应的检测系统, 实际测量了线性渐变滤光片的光谱特征参数.

基于光散射理论和轨道动力学，引入区域分解、网格划分和矢量坐标变换的思想，利用双向反射分布函数建立了空间目标等效星等的数学模型。结合空间目标天基成像探测的噪声来源建立了空间目标探测信噪比的数学模型。以空间目标天基红外系统为例，根据目标的结构特性、材料特性、背景特性、轨道特性及探测器的轨道特性、性能参数等，计算了目标等效星等和目标探测信噪比随时间的变化关系。结果表明，目标等效星等在观测时间内存在约3个星等的差别，导致目标探测信噪比在观测过程中也随之变化。仿真结果验证了建模方法的正确性，实现了空间目标天基成像探测信噪比的动态分析。

串扰是成像光谱仪非理想成像特性中的一种, 分为电串扰和光串扰, 它广泛存在于现有的成像光谱仪之中。 推扫型高光谱数据的光串扰使目标像元受到临近像元的影响, 目标像元光谱曲线发生变化, 图像的清晰度降低。 基于推扫型成像光谱仪的成像原理, 提出一种针对推扫型高光谱数据的光串扰校正方法。 从高光谱数据中选取包含白色定标布地物的区域作为参考数据, 通过行间差值方法得到所有白色定标布像元产生的总光串扰量; 对总光串扰量进行拟合以抑制噪声, 并通过递归方法计算单个白色定标布像元所产生的光串扰量; 使用该串扰量对整景数据进行光串扰校正。 选用三景不同地物类型的PHI数据进行光串扰校正, 结果显示, 校正后数据的光串扰现象得到明显的抑制, 数据质量在光谱维和空间维均得到有效提升。 在光谱维, 由光串扰引起的光谱曲线变化得到校正; 在空间维, 图像清晰度提高50%以上的波段数占总波段数的83%。 校正方法直接从高光谱数据本身提取光串扰量, 并对数据光串扰现象进行校正, 不依赖于其他外部数据, 且适用于不同的地物类型。 该光串扰校正方法亦对实验室测定成像光谱仪的光串扰量具有借鉴意义。

考虑到机载遥感平台对成像光谱仪小型化、 轻量化要求的逐渐提高, 在分析了主要几种成像光谱仪特点的基础上, 重点阐述了技术成熟度较高的光栅色散和棱镜色散型成像光谱仪, 研究了基于Offner中继成像结构的紧凑型成像光谱系统。 结合Offner同心光学系统成像特点, 在给定系统指标的情况下, 设计出了两种在发散和会聚光束中使用色散元件的全球面光谱系统, 给出了系统的调制传递函数、 点列图以及系统谱线弯曲、 色畸变曲线。 结果表明, 两种结构的Offner成像光谱仪, 实现了遥感仪器小型化的目的, 具有接近衍射极限的优良成像性质。 同时, 很好地控制了系统的谱线弯曲和色畸变, 保证了获取光谱数据的一致性。

在运动图像复原中，建立图像退化模型的关键是找到准确的点扩展函数(PSF)。提出了一种基于单幅图像的、改进的任意方向匀速直线运动模糊PSF的估计方法。利用基于图像频谱亮线灰度特征的方向鉴别方法鉴别模糊图像的模糊方向，利用微分自相关的方法对模糊图像的模糊尺寸进行计算，通过计算模糊图像沿二维直线运动方向不同距离的重叠度，来计算得到相应的PSF。通过开展仿真分析和成像实验，演示了PSF估计和图像复原过程。通过采用图像质量评价函数，将图像复原结果与现有算法进行对比，验证了所提出方法的有效性。

大孔径静态干涉成像光谱技术在航天遥感应用中， 由于探测器横纹误差影响， 使获得的干涉数据无法反演光谱数据， 需要对横纹误差进行修正。 通过对干涉成像机理的分析， 给出探测器横纹误差影响下的干涉成像模型， 提出横纹误差影响下干涉数据修正方法。 最后利用仪器获取的数据， 对提出的修正方法进行验证， 由处理结果可以看出， 本文所提的修正方法可以很好的修正横纹误差对光谱的影响， 提高反演光谱的精度。

相位修正是傅里叶变换成像光谱仪光谱复原的关键技术之一, 针对现有算法对带有噪声的干涉图相位修正不足的问题, 文章提出了一种基于模拟退火算法求解相位误差的修正方法。 该方法通过控制相位下降函数, 利用相位区间内产生的随机相位值修正干涉图数据得到目标函数值, 依据Metropolis准则判断目标函数增量以确定相位最优解。 该算法仿真结果表明, 优化出的相位误差小于0.5%, 光谱复原的相对光谱误差精度和稳定性均小于1%, 较现有算法有显著提高。