大气下行辐射是地表辐射和能量平衡中的一个关键参数, 在反演地表温度和发射率、开展气候变化研究中起着关键作用。基于现有的大气下行辐射测量方法的分析比较, 开展了合肥大气下行长波辐射的研究。利用 MODTRAN 辐射传输模型模拟计算了合肥大气下行辐射通量, 并以该方法获取的大气下行辐射通量为基准, 对广泛应用的晴天经验模型进行性能评价, 验证了 Idso 模型和 ngstrm 模型对于合肥大气条件的适用性。进而利用 MODTRAN 辐射传输模型模拟数据对 Idso 模型中的参数进行修正, 提高了该模型的模拟精度。该研究为方便快捷准确地获取合肥大气下行辐射通量提供了可靠方法。

基于6S大气辐射传输模型和中分辨率成像光谱仪(MODIS)上午星Terra的气溶胶光学厚度数据以及MODIS 双向反射分布函数(BRDF)模型参数产品(MCD43A1),对高分一号(GF-1)卫星宽视场相机(WFV)四个波段的大气层顶辐亮度图像进行大气校正,得到校正后的地表反射率图像。而后基于Brenner梯度算子和中频离散余弦变换两种方法统计校正前后图像的清晰度值,分析计算结果可得大气校正后图像清晰度值高于校正前图像的清晰度值,因此校正后图像的边缘纹理比校正前更清晰;基于阈值分割法原理进行信噪比评价,结果表明校正前后每一波段的信噪比随辐亮度呈递增关系,大气对短波波段的影响较大,而对长波波段的影响较小。

为满足高光谱遥感图像定量化解译的需求,针对现有大气校正方法面临的大气参数不同步问题,对基于大气参数空间同步获取的 大气辐射校正技术进行了研究。首先总结了利用卫星搭载专用大气辐射校正载荷,同步提供大气校正参数与地表反射特性的方法,从根本 上解决辐射传输模型中的大气参数难以同步获取的问题。其次结合国外在轨运行的高光谱遥感卫星的调研结果,在大气校正载 荷的设计—尤其是谱段选择和优化方面对载荷系统的方案特点和技术指标进行了归纳。并选取EO-1 Hyperion高光谱遥感图像 进行了大气校正,从校正前后图像的视觉效果、光谱特性、典型地物的分类识别效果三方面分析了大气校正对高光谱遥感定量 化应用性能的提升。最后对大气辐射校正技术的发展前景进行展望。

提出了一种基于单帧多波段图像测量非气体吸收波段和弱气体吸收波段大气透过率的方法, 可应用于相关光电工程中评估和修正大气衰减影响.首先, 利用经过绝对辐射定标的图像采集设备获得辐射图像; 其次, 基于大气中图像退化光学模型与暗通道先验统计理论得到辐射图像暗通道对应的宽波段平均大气透过率; 最后, 结合特定波段消光系数和宽波段平均消光系数间的关系得到特定波段的大气透过率.实验对比分析表明: 本文方法与能见度仪、激光雷达测量结果相关性较高, 其中与能见度仪相比, 相关系数在0.89和0.95之间, 与激光雷达相比, 相关系数在0.95和0.97之间; 在1 km近距离条件下与能见度仪、激光雷达测量结果平均相对偏差最高分别为9%和6%, 在远距离条件下, 与能见度仪测量结果相比, 4 km和6 km平均相对偏差最高分别为15%和30%, 与激光雷达测量结果相比, 4 km和6 km平均相对偏差最高分别为9%和18%.

为提高遥感图像质量，对航天遥感相机系统进行了优化，并提出一种航天遥感相机参数优化方法。在航天遥感相机中设计动态钳位电压值并在航天遥感相机前加装大尺度面阵测光相机，在航天遥感相机推扫某一区域前，测光相机通过低曝光参数和高曝光参数获取该区域图像，实测当前区域的高辐射亮度和低辐射亮度。将高辐射亮度与低辐射亮度的差值设为航天遥感相机的饱和亮度，解算航天遥感相机的曝光参数，并将实测低辐射亮度值设置为钳位电压值。随着卫星的转动，航天遥感相机采用上述曝光参数和钳位电压值完成该位置区域的成像，实现航天遥感相机参数自动调整。地面验证实验表明，通过优化航天遥感相机系统，可在成像前去除大气对灰度层次的影响，提高图像辐射分辨率。根据实验结果统计，图像的灰阶范围可提高80.7%，图像熵显著提升。该方法能够根据当前场景内容充分利用成像系统的动态范围，提高图像的灰度层次和图像质量。

提出了航天遥感相机的动态钳位方法, 该方法通过在相机的模拟前端对大气程辐射值进行减除, 实现场景信息的充分量化.建立了航天遥感相机成像链路模型, 分析了大气程辐射对图像灰阶范围的影响.研制了动态钳位相机, 实现了在相机硬件电路中减除模拟信号.在外场对动态钳位相机进行了实验验证, 实验中利用MODTRAN软件计算大气程辐射并转换为相机钳位值.实验结果表明: 本文方法可使相机低端信息得到充分利用, 图像灰阶范围能够提高62%; 在航天遥感相机中设计动态钳位能够利用低端量化信息, 用更多的量化位数来表示地物目标信息, 并可提高辐射分辨率, 保留更多图像的细节信息.

利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)二级云产品、大气红外探空仪(AIRS)二级大气产品和AIRS L1B红外高光谱数据，采用通用大气辐射传输(CART)模式,选择9 μm（带宽为1070~1135 cm-1）、11.03 μm(带宽为886~928 cm-1)和12.02 μm(带宽为815~850 cm-1)波段对冰云大气顶的亮温进行了模拟与分析。对反演冰云参数和MODIS云产品下的模拟亮温分别与AIRS观测亮温间关系进行了分析与比较，并对反演冰云参数下的模拟亮温和AIRS观测亮温的亮温差的概率分布进行了研究。结果表明：基于反演的冰云光学厚度和云顶高度的三波段模拟亮温和AIRS实际观测亮温分布一致，模拟计算和AIRS实际观测亮温间相关系数达0.98以上。11.03 μm和12.02 μm波段模拟计算和AIRS实际观测亮温间亮温差主要分布在0~5 K，9 μm波段亮温差主要分布在0~±0.5 K。建立在反演冰云参数基础上的实际大气条件下的大气辐射特性模拟研究具有准确性和可靠性。

利用MODIS二级云产品和大气产品资料，采用通用大气辐射传输软件模拟计算了水云存在的情况下8.55 μm、11.03 μm和12.02 μm波段水云大气顶亮温，并对三波段的MODIS云顶观测亮温和模拟计算的亮温进行了对比分析.结果表明：利用MODIS卫星观测云参量、大气参量和空间几何参量，结合通用大气辐射传输软件模拟计算的亮温和MODIS云顶亮温分布基本一致，亮温差较小，主要分布在－10 K~10 K附近.模拟计算的三个通道亮温差BTD(8.55~11.03 μm)和BTD(11.03~12.02 μm)的变化符合水云的情况.

信噪比(SNR)是评价多光谱遥感成像性能的重要指标，在设计多光谱遥感成像仪的最初阶段应进行分析，从而确定各分系统相关参数。多光谱遥感系统的成像链模型综合考虑辐射源、地物光谱反射、大气辐射传输、光学系统成像、分光元件特性、探测器光谱响应和相机噪声等各个环节，可用于进行成像过程端对端的完整分析。以基于滤光片阵列的多光谱遥感系统为例，采用MODTRAN软件进行大气辐射传输计算，对不同太阳天顶角下，不同目标地物计算像面的照度，根据电荷耦合器件探测器的噪声模型，计算出不同工作条件下多光谱遥感系统的SNR。通过对SNR的分析，可给出该类型多光谱遥感系统获得最佳性能的工作条件，并能够结合使用要求进行光学系统参数的优化选择。

利用中分辨力成像光谱仪数据，采用星地测量并结合中分辨力辐射传输模式，以巢湖流域及周边为实验区，计算得到该地区夏季实际大气层结下沿观测路径整层大气透过率、大气辐射、大气热辐射和大气散射的太阳辐射在中分辨力光谱上的特征，以及整层大气廓线。研究结果表明：受能见度影响，实验区两地点水体像元处的整层大气透过率数值略高于植被像元处;两地卫星入瞳处的程辐射和卫星探测器探测到的程辐射谱分布相似;在可见至近红外波段，大气程辐射和散射的太阳辐射谱分布相似性较强，且随着波长增加而数值均逐渐减小,而大气热辐射数值很小;两个地点在短波范围内路径热辐射很低且接近，随着波长的增加，热辐射明显增强,波长越长，两地点热辐射差别越明显;当日天气晴好，气溶胶含量较低，而且两地距离很近，因此两地的大气廓线数据基本相似。