卫星激光测距（SLR）平均回波光子数是表征系统探测能力的重要参数之一，与激光大气传输特性紧密联系。基于Mie散射理论，结合气溶胶粒子的实际分布情况，提出并利用激光雷达大气修正（LAC）模型计算SLR系统平均回波光子数，以长春站60 cm SLR系统为例，分析气候条件对SLR系统平均回波光子数的影响。结果表明，SLR系统平均回波光子数随地表附近能见度增大而增加，随相对湿度增大而减少。当望远镜俯仰角大于15°时，能见度对平均回波光子数的影响将超过相对湿度，并且在俯仰角为60°左右时达到峰值。阐述了气候条件影响SLR探测性能的内在机制，并为SLR系统选址与性能评估提供了新的理论方案和技术支持。

为实现夜间可靠跟踪恒星并测量整层大气透过率,采用直驱力矩电机和圆光栅绝对编码器作为伺服部件,研制一套二维直驱跟星转台。该转台具有定位精度高、环境适应性好及野外长期运行免维护的优点,能够实现夜间长期跟踪目标恒星并自动换星功能。结合搭载其上的由望远镜、CCD相机和滤轮等组成的图像采集系统,搭建了测量实验平台。搭建的测量实验平台采用主-从式控制方式,上位工控机对图像采集系统进行相应控制,同时向下位机反馈转台方位偏差;下位机跟星转台控制系统采用装载Linux系统的ARM7数字处理器为控制核心,并内置自研的星图。通过上、下位机协同软件开发实现整层大气透过率测量的完整功能。开展了转台功能验证实验,整层大气透过率测量和激光雷达的对比实验。结果表明,二维直驱跟星转台能够实现夜晚长期跟踪目标恒星并自动换星测量,转台搭载的望远镜系统根据恒星的图像数据能够可靠地反演出夜间整层大气透过率,满足测量实验的功能要求。

采用自制的M′波段(4.605~4.755 μm)红外辐射测量系统对阿里观测站、德令哈观测基地和怀柔观测基地的大气辐射进行实地测量, 并对结果进行拟合和误差分析。首先, 基于黑体定标结果和辐射传输方程, 得到输出有效读数与平均大气透过率和天顶角的关系公式; 在三个站点对不同天顶角下的大气红外辐射进行扫描测量, 利用上述公式, 拟合出M′波段平均大气透过率。结果表明, 三地透过率的加权平均值分别为0.805、0.758、0.650, 透过率随时间的起伏分别为0.081、0.250、0.073, 高海拔的阿里观测站透过率最高。用MODTRAN软件模拟的平均透过率分别为0.851、0.805、0.615, 与实测结果接近; 误差分析表明: 有效读数越大, 传递误差越小, 此方法的理论误差优于10%。文中提供了一种不依赖气象数据, 实时获得大气透过率的方法。

鉴于激光对成像系统图像作用效果实验研究的局限性, 首次提出了利用全数字仿真技术模拟激光作用成像系统效应的仿真方法。首先从激光对探测器作用、激光大气传输和激光作用效果图像叠加三个方面对激光与成像系统作用的效应进行了分析和研究。在此基础上进行了激光作用效果的仿真设计, 完成了基于RTI总线的仿真系统的搭建及应用, 并给出了几组不同条件下的连续动态仿真效果图片, 最后提出该仿真系统的应用价值及今后的发展方向。

在分析实际大气环境参数的差异和目标-背景辐射强度的基础上，利用MODTRAN模式分析了东海、西北区域3.9 μm和9.2 μm波段的大气透射率和目标背景对比度的逐月分布特征；为了分析实际大气、气溶胶效应对目标-背景辐射传输的综合影响，结合局部地区月平均环境参数进一步探讨了上述两个区域内气溶胶对3.9 μm和9.2 μm波段的大气透射率和目标背景对比度分布的影响。结果表明，大气温度、水汽混合比等参数对大气透射率和目标背景对比度有影响，东海区域目标背景对比度比西北区域的小; 3.9 μm处两区域的目标背景对比度不仅比9.2 μm处的小，而且受到气溶胶的衰减作用比9.2 μm处的强，因此在目标识别中应优先考虑使用9.2 μm作为工作波段。

被动微波遥感具有全天候工作的能力, 但是在不同的大气状态下被动微波遥感受大气的影响不同。 为了研究大气对高级微波扫描辐射计AMSR-E (advanced microwave scanning radiometer-earth observing system)入瞳亮温的影响, 分别采用晴空和典型层云大气数据作为微波辐射传输模型的输入, 进行大气微波辐射信号的模拟工作并分析大气的影响。 结果表明晴空下大气水汽是引起大气辐射的主要因素, 晴空条件下大气对典型被动微波传感器低频的(<18.7 GHz)透过率大于0.98, 在整个辐射传输过程中可以忽略不计。 36.5和89 GHz的大气透过率在晴空下分别为0.896和0.756, 在用微波高频通道进行陆表参数反演时需进行大气水汽影响的校正; 云覆盖条件或者阴天情况下云中液态水是引起大气辐射的主要因素, 典型层云覆盖下大气的透过率在10.7, 18.7和36.5 GHz分别为0.942, 0.828和0.605。 与晴空相比, 由层云中液态水引起的大气下行辐射的增量在36.5 GHz最大达到75.365 K。 表明在云覆盖时大气影响的校正过程中云层的影响是校正重点。 最后利用大气探空数据计算了内蒙古海拉尔地区2013年夏季7月份的大气透过率, 结果显示C、 X波段的大气透过率接近1, 89 GHz受水汽影响较大, 其地球表层大气透过率不超过0.7。 在内蒙古海拉尔地区, 夏季大气透过率具有较为稳定的值, 但是随着局部水汽的变化具有0.1左右的波动。

针对空中目标红外辐射大气传输衰减的主导因素,通过Mie散射理论分析和计算得到了不同波长红外大气透过率之间的相关性关系。采用自主研发的激光遥感大气透过率测量仪并利用激光大气透过率多点断层测量技术,实测了1 060 nm波长激光的大气透过率,同步实时反演计算了临近波长红外辐射的大气透过率。实验数据验证了该方法可用于建立红外观测低空修正系统,实时计算获取大气对空间目标红外辐射的衰减特性。

太阳耀斑掩盖了水体的真实物理特性,严重干扰了水下特征的获取。根据被耀斑污染的像素和邻近未污染像素间的辐射差值,获得大气组分的吸收特征,并调节大气辐射传输模型中的模型参量,进而得到大气透射率。分析了影响耀斑污染程度的主要因素,依据近红外波段离水辐亮度近似为零,求出水体受耀斑污染程度的空间分布,据此进行耀斑去除,得到未被耀斑污染的图像。结果表明,应用该方法提取离水辐亮度,去除耀斑的效果较好。

介绍了微光成像系统视距理论的基本概念,在对微光成像系统视距探测方程推导的基础上,分析了各参量间的关系及其对整体性能的影响,从大气透过率和光谱匹配等诸多方面进行修正,建立了更为实用和完善的视距探测方程,并结合车辆驾驶夜视仪进行了视距估算,验证了经修正后的视距公式的实用性,为微光成像系统的优化设计以及寻求实现中远距离观察的最优技术途径提供了理论帮助,这对微光成像系统的改进、提高和发展也具有一定的指导意义。最后提出了一些改进微光成像系统视距性能的途径。