在红外成像探测系统的作用距离评估中，要用到大气平均透过率参数，而它又是作用距离的函数，因而一般要用程序循环迭代的方法来计算作用距离。本文介绍了一种针对点目标探测的变步长作用距离评估方法，调用 MODTRAN软件计算大气平均透过率和天空背景辐亮度，利用评估模型计算设定距离下的像元个数、信噪比和调制对比度，判断是否满足目标探测所需的最低性能指标，从而确定最大作用距离。在设定值与真实作用距离值相差较大时，采用较大的步长；在设定值与作用距离值相差较小时，采用较小的步长。相比固定步长法，可以在保持计算精度的同时，大大加快计算速度。

整层大气透过率是反映大气光学特性的一个重要参量, 在大气辐射、地球资源遥感、空气质量监测、特别是光电工程等领域, 都需要对大气透过率进行深入的研究。文中详细讨论了整层大气透过率的获取原理和方法, 分析了不同获取方法的最新进展和存在的相关问题, 对比分析了软件仿真计算和直接测量的优缺点, 并对后续的研究工作进行了展望。

地基光电系统白天在可见光波段对空间目标观测时,因受大气散射等因素的影响,探测能力会急剧下降。红外波段较可见光波段具有较强的大气穿透能力,因此在红外波段观测空间目标可以较好地解决白天探测的问题。利用MODTRAN模型计算了不同大气成分对中波红外透射率的影响并进行了分析,并用中波红外成像系统在地基望远镜上进行了观测。实验结果表明,中波红外探测器在白天能极限探测到7等星,平均信噪比为6.236。本研究对白天红外波段地基的空间探测具有一定参考意义。

航空高光谱的大气校正是进行高光谱定量反演的基础, 但通过空地同步对比分析航空高光谱大气校正的研究较少, 论文主要研究了Hyspex高光谱遥感数据不同的大气校正方法。 在现有的几种大气校正方法的基础上, 提出了一种大气校正的新方法: 首先, 采用果蝇-鲍威尔优化算法反演光谱的性能参数(中心波长和半波高度的偏移量), 对光谱重定标。 然后在光谱重定标的基础上, 采用MODTRAN模型对Hyspex高光谱数据进行大气校正, 得到地表反射率数据。 利用同步采集的五种典型地物的地面实测ASD数据将提出的新方法与现有的几种大气校正方法(快速大气校正、 经验线性法大气校正、 基于6S模型的大气校正、 基于FLAASH模型的大气校正、 基于MODTRAN模型的大气校正)的大气校正结果进行对比分析, 并采用决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)来比较各种大气校正方法的精度。 结果表明: 提出的果蝇-鲍威尔优化MODTRAN模型的大气校正结果最好, 决定系数在80%以上, 均方根误差在15%以内; 基于MODTRAN模型、 FLAASH模型、 6S模型的方法的校正结果稍次于本文提出的新方法, 结果比较稳定, 决定系数在70%以上, 均方根误差在20%左右; 快速大气校正与经验线性法的校正结果不稳定。 可以得出结论: 本文提出的果蝇-鲍威尔优化算法有效可行, 可以精确的反演出中心波长和半波高度的偏移量, 其大气校正的精度优于现有的多种大气校正方法。

为求解红外热成像系统作用距离, 以MODTRAN程序为基础, 计算了不同云雨条件下的大气光谱透过率, 并针对探测器定角度运行和定高度运行, 分别运用光谱-路径等分法和光谱-角度等分法, 对点源目标进行了红外热成像系统的探测距离求解。分析了卷云气象条件下, 探测概率、降雨速率、云层厚度、云底高度等因素对大气光谱透过率和探测距离的影响。结果表明: 探测概率的选取对热像仪探测距离计算结果影响较大, 以坦克目标为例, 探测概率由10%增加至90%时, 探测距离降低21.7%; 降雨对于大气透过率和探测距离影响也较大, 降雨速率由0增加至4.0 mm/h时, 探测距离降低76.8%; 云底厚度和云层高度的影响与探测器和云层的几何位置关系相关, 人目标的探测距离上限值达5.60 km; 探测距离亦与探测器运行模式相关, 最大差异3.8%左右。

依据大量程红外脉冲式激光测距仪测距性能的检测需求，提出了一种基于MODTRAN数据库的激光回波信号模拟的检测方法。在室内环境下模拟激光测距大气回波信号，以实现对测距仪的测距精度及最大测程两项指标的检测。该方法调用MODRAN数据库计算出GJB2241A中仲裁实验的大气辐射透过率，在此基础上建立回波功率的数学模型，并采用FPGA以及模拟延时器件实现预设延时，使得距离模拟与能量模拟自成回路，实现了测距回波的真实模拟。实验结果表明：设计的回波信号模拟系统可实现50 m~22 km的大量程距离模拟，回波延时精度优于2 ns，最大测程的测准率可达90%，满足了激光测距仪性能测试的检测需求。

大气透过率是热红外遥感中的一个重要参数。通过辐射传输模型MODTRAN模拟热红外波段的大气透过率，构建了基于大气模型、气溶胶模型、水汽量、能见度和观测天顶角等5个因素的大气透过率查找表，分析了不同参数对热红外大气透过率光谱曲线的影响，通过方差分析确定了影响大气透过率的关键因子，针对不同类型的气溶胶模型，构建了基于水汽量、能见度和观测天顶角的常用卫星传感器热红外通道的大气透过率经验模式，解决了卫星热红外遥感中大气透过率精确计算的问题。

激光在近地大气降雨环境中传输时, 易被雨滴散射和吸收, 研究不同降雨条件下激光透过特性, 为激光探测在目标探测系统中克服降雨因素的影响提供了一定依据。在Mie散射光学理论基础上, 以韦布分布为雨滴尺寸分布模型, 计算激光波束在雨中的传输衰减特性在降雨量不同时随距离的变化关系, 分析在不同传输距离上5种典型降雨量对激光在水平传输路径上的衰减影响, 并利用Modtran软件计算结果验证该计算结果的正确性。研究表明, 激光透过率随着降雨量以及传输距离的增加而下降, 且降雨量越大, 在一定传输距离上下降速度越快。这些结论为目标探测系统在不同降雨环境中发射系统功率与接收系统精度的选择提供了一定的理论依据。

大气透过率是影响红外成像系统作用距离的重要因素。在大气传输过程中，红外辐射会受到大气分子的选择性吸收、散射以及复杂气象条件等的影响，这使得大气透过率成了一个复杂参量。用光谱等分法计算了大气透过率。首先利用MODTRAN软件计算一定距离时各谱线的大气透过率并建立数据库，然后按一定间隔等分光谱区域并调用数据库计算出各微小光谱区域内的大气透过率，最后将其代入模型用以计算红外系统的作用距离。与利用常数或者平均大气透过率的计算方法相比，该方法提高了计算结果的准确度。计算并分析了探测高度、湿度以及雾霾等复杂气象条件对红外成像系统MRTD和作用距离的影响。

鉴于复杂大气条件下的红外系统作用距离难以精确、实时地计算，提出一种建立红外系统作用距离实时计算系统的方法。通过将MODTRAN软件与基于光谱等分法建立的红外系统作用距离模型有机地结合起来，实现对于MODTRAN软件自动写入配置及调用计算,简化了大气模型的配置方法，并能够自动读取MODTRAN生成的结果输出文件。对某探测目标在不同海拔高度（1 km~6 km）及不同降雨强度(0 mm/h~4 mm/h)下红外系统作用距离进行计算，结果表明：探测高度的变化对于红外系统作用距离有比较明显的影响，其中在1 km~3 km探测高度范围内，探测距离变化尤为明显。降雨对于红外系统作用距离影响巨大。降雨强度为1 mm/h时，红外系统作用距离衰减为无降雨时的50%。当降雨强度大于3 mm/h时，作用距离趋于稳定。