工作于近地空间的星敏感器，其观测过程将不可避免受到天空背景辐射、大气湍流以及大气折射的影响。本文是星光成像的大气影响系列文章之三，选取最佳星光大气折射模型，研究了星光成像的大气折射影响。利用美国标准大气的参数廓线数据，计算了平面平行大气、整层球面大气以及多层球面大气情况下的折射特性，从计算精度、迭代次数以及算法速度三个方面对比和分析了不同折射计算模型的优缺点，选取了精度和速度最佳的折射计算模型。基于该模型和我国典型地区不同时段实测的大气参数廓线数据，计算了不同观测条件及波长下大气折射引起的折射角、色散、横向位移和路径延长的分布情况，评估了不同大气参数由于输入参数的不确定性对折射计算的影响。研究表明：使用Cassini模型或等折射光线追迹法计算得到的折射角最为准确。提升星敏感器的观测高度或减小星敏感器的观测天顶角，相比于改变观测波长而言能极大程度上减轻星光成像的大气折射影响。除此之外，当输入参数存在噪声和不确定性时，提高温度的测量精度比抑制其他参数的噪声更能有效地减小折射计算的误差。

工作于近地空间的星敏感器，其观测过程将不可避免受到天空背景辐射、大气湍流以及大气折射的影响。本文是星光成像的大气影响系列文章之二，建立了湍流大气星光传输模型，研究了恒星成像的大气湍流影响。基于ERA5数据和光学湍流预报方法得到大气湍流参数廓线，计算了典型地区不同时刻及观测条件下星光的闪烁指数，对比星光闪烁的理论值，验证了数值计算的可靠性。研究了湍流大气中星光传输的闪烁效应及星像质心的抖动特性，得到了典型观测高度及观测天顶角情况下的恒星抖动量。研究表明：恒星抖动的到达角和到达角起伏与星光的闪烁指数呈正相关关系，提升星敏感器的观测高度、减小星敏感器的观测天顶角，能一定程度上减轻星光成像的大气湍流影响。

工作于近地空间的星敏感器，其观测过程将不可避免受到天空背景辐射、大气湍流以及大气折射的影响。本文是星光成像的大气影响系列文章之一，研究了如何利用偏振滤波技术降低天空背景辐射对恒星成像的影响。基于激光雷达实测数据，计算得到了典型地区整层大气粒子的分布特性及散射特性，结合大气矢量辐射传输模型，研究了天空背景在近红外波段的偏振特性，获得了不同大气条件及观测条件下的天空偏振特性，分析了观测与太阳位置对不同波长天空背景偏振分布的影响。研究表明：使用波长较长且位于吸收带的近红外光进行观测或提升星敏感器的观测高度，可采用偏振滤波技术一定程度上抑制天空背景光。当观测方位角一定时，选取合适的观测角度可以保证在较低太阳高度时能使用偏振滤波技术降低天空背景辐射对星光成像的影响。

背景纹影技术通过比较光线经过流场前后的偏折量获取流场信息，在流场测量中优势显著。本文开展了背景纹影技术中位移检测算法和波前重构算法的精度测试，在合适的背景和算法参数下，Farneback光流算法的位移提取精度可达1/400个像元；波前重构中，反对称偏导积分法速度较快但是精度较低，可适用于实时处理，Guass-Seidl迭代法的速度较慢但是精度较高，可用于后处理。在此基础上，搭建了一套高精度背景纹影流场探测系统，并以实验室内酒精灯燃烧时产生的温压场和外场炮筒引爆时产生的声压场为初步观测对象，成功实现了不同环境条件下流场的定性显示和定量测量。

研制了通用大气辐射传输软件CART，可以根据大气参数计算可见光到远红外波段的大气光谱透过率和背景辐射（包括环境散射太阳辐射和热辐射）。光学工程特别关注某一波段的大气透过率随天顶角、距离等参数的多维变化，需要快速计算这些场景变化的大气光学特性。介绍了CART新增的大气辐射传输二维场景计算功能。引入离散坐标法（DISORT）模块，一次计算可同时得到各方位角和天顶角的多次散射辐射强度，大大提高了计算效率。对于大气透过率和热辐射随空间位置的变化缓慢的特点，采用抽样计算、样条插值的方法，在保持计算精度基本不变的情况下，大大节省了计算时间。对于场景计算，相对于逐点串行计算，速度提高了2~3个量级。这在实际工程应用的大气辐射传输场景计算中将有重要的应用。