利用大气激光后向散射垂直剖面图与消偏振度相结合的方法，分析CALIPSO卫星偏振激光雷达的后向散射信号。以2008年11月23日和24日的CALIPSO卫星数据为例，研究了北京地区大气中云层在可见光和红外光波段的垂直和水平分布特征。利用交互式数据语言IDL(interactive data language)得到大气后向散射强度的垂直分布及其消偏振度，根据垂直剖面图可以直观地观测大气中各成分(如气溶胶、低空云和卷云等)的空间分布情况，并且能清楚地显示大气边界层的高度，由消偏振度可准确获得云层的分布高度及厚度。观测数据的处理结果表明: 在海拔高度3 km~7 km存在厚度为2 km~2.5 km的云，其消偏振度约为0.2。

提出一种基于边缘检测和Keren 配准方法的自适应归一化卷积超分辨率重建算法。为了进一步提高低分辨率序列图像间的配准精度,该算法将边缘检测与Keren 配准算法相结合。首先利用Roberts 算子对图像序列进行边缘检测,然后利用基于简化四参数仿射变换模型的Keren 改进算法求出边缘图像间的平移和旋转参数。仿真实验结果表明即使在含有噪声及大角度旋转情况下,相比Keren 改进算法该算法配准精度得到了显著提高；其中采用Roberts算子相比其他传统算子可获得更高的配准精度。最后采用自适应归一化卷积超分辨率融合算法进行超分辨率重建,真实混叠图像序列的实验表明,基于提出的这种配准方法的超分辨率重建图像获得了很好的视觉效果和更高的分辨能力,具有良好的应用价值。

The seasonal variability of cirrus depolarization ratio and its altitude at the region of Beijing (39.93°N,116.43°E, the capital of China) are presented. From the results obtained from the cloud aerosol lidar and infrared pathfinder satellite observations lidar measurements, it appears that the values of depolarization ratio and altitude of cirrus are generally higher in autumn and summer than those in spring and winter, and the cirrus altitude is modulated by the height of tropopause. Additionally, the depolarization ratio tends to linearly vary with the increase of altitude and the decrease of temperature.

应用CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)卫星数据,对大气中的气溶胶等目标进行了去偏振度计算及分析。结果表明,目标后向散射去偏振度信息,能够很好表征大气气溶胶的构成种类、目标特征、垂直高度分布等特性。气溶胶的去偏振特性,为大气气溶胶的特性与分布情况等研究提供了新的方法与定量化参考参数。CALIPSO数据研究方法和结果,对全球气候变化原因、大气污染、沙尘暴等研究有重要的参考价值。

提出一种改进激光偏振主动成像的实验方法，给出实验装置原理图，详细分析实验装置的成像原理。在分析目标Mueller矩阵测量方法的基础上，给出改进后激光偏振成像装置偏振度和强度的计算公式，从理论上证明了该方法的可行性。然后针对实验仪器的要求分析了实验装置存在的误差，以及Cassegrain望远镜对目标散射光的消偏现象。该方法与利用双旋转波片技术(DRRT)测量目标散射光的偏振度和强度相比可以降低对实验装置的精度要求，同时可以提高测量速度，不需要进行16次测量，只需1次就可以测量出目标散射光的偏振度和强度，进而得到偏振度和强度图像。

改进了利用双旋转波片方法进行偏振成像的实验装置,提出了通过一次测量获得目标偏振度和强度编码图像的方法。运用光强法对激光遥感偏振成像装置的光学元件进行调整,通过斯托克斯和穆勒矩阵在偏振光学元件中的应用,给出了相应光学元件的调整原理、方法及过程。分析了激光器中心波长变动、偏振片的角度误差和波片的相位延迟及角度误差对整个系统的影响。结果表明,由偏振片角度和波片角度误差造成的出射光斯托克斯误差较小,不超过0.001,可以忽略;由波片相位延迟不精确造成的误差在0.02左右,所以应采用延迟精度较高的波片;激光器中心波长变化的影响最大,不能忽略,必须加滤光片使接收光的中心波长控制在808 nm;镀有铝膜望远镜对接收到的散射光偏振度影响较小,适于激光遥感偏振成像系统的应用。

散射光偏振度在大气气溶胶、大气污染的遥感探测中有重要的应用价值.通过求解Mueller矩阵及偏振度,讨论了当激光器输出波长处于近红外波段806 nm时,散射介质的粒子数浓度对散射光偏振度的影响.给出了散射光的偏振度与散射介质的粒子数浓度之间的变化关系,为使用散射光偏振度研究大气遥感提供了新途径.

为了研究散射介质的粒子数浓度对散射光偏振度的影响以及杂质混合比与目标偏振度的关系,求解了当激光器输出波长处于近红外波段806 nm时目标的米勒矩阵及偏振度的数值解,结果表明偏振度随散射介质粒子数浓度的变化十分显著;通过建立混合目标模型,讨论了杂质比与偏振度的数值关系,并对目标的偏振度进行了归一化,而且实现了由归一化偏振度对杂质混合比的反演。本文的研究结果为利用散射光偏振度研究大气遥感提供了新的途径。

激光雷达偏振成像主要是利用不同目标散射光偏振度的差异来实现对目标成像的。由于大部分光学系统都存在消偏振效应,因此系统自身的消偏振问题在成像过程中必须考虑。根据近轴理论和消像差的要求设计出卡塞格伦望远镜的几何结构,应用琼斯理论、光波的相干矩阵和菲涅耳反射理论对空气和卡塞格伦望远镜的交界面进行了消偏振分析,并使用Matlab软件仿真了卡塞格伦望远镜在镀金属反射膜前后,反射光偏振度在望远镜径向直径上各点的变化曲线。根据仿真结果可以看出偏振成像系统中使用的卡塞格伦望远镜在镀铝金属反射膜时其消偏振效应在成像过程中可以忽略。