光子带隙光纤有着独特的结构形式、传输介质和导光机制，这使其具有传统光纤无法比拟的优点，是未来光纤陀螺的理想选择。但光子带隙光纤粗糙的纤芯内壁导致其产生强烈的背向散射次波，会使光子带隙光纤陀螺产生额外的非互易误差。为了定量分析光子带隙光纤背向散射次波强度大小，论文基于电偶极子辐射理论建立了一种简单的光子带隙光纤背向散射次波理论模型。通过聚焦离子束微纳加工法和原子力显微镜测量得到了准确的纤芯内壁表面形貌功率谱密度，进而计算得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数理论值为2.61×10^-9/mm。通过光频域背向反射散射仪得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数测量值为~1.82×10^-9/mm，初步验证了背向散射次波模型的正确性，为背向散射次波抑制技术研究奠定了基础。

高光谱激光雷达是同时获取光谱和空间信息的主动遥感探测方法。在激光扫描过程中，激光入射角是重要的影响因素之一。在实际应用中，目标表面粗糙度会使其入射角效应偏离朗伯模型。因此，基于Oren-Nayar模型对粗糙表面建立二向反射模型，研究了入射角效应的辐射校正方法。选取8种典型的粗糙表面作为实验对象，分析了各波段后向散射强度与入射角的关系，并量化了粗糙度对强度的影响。基于构建的模型，对该研究样本的入射角效应进行辐射校正。辐射校正后，不同入射角反射率的标准差均不大于0.06；与校正前相比，标准差平均改善率为67.86%。结果表明，所提出的方法提高了提取目标反射特性的准确性，为高光谱激光雷达更好地为开展数据分析与应用提供良好的物理基础。

在云雾影响下，脉冲激光引信存在着虚警概率高、测距精度差的问题，这些问题是制约激光引信全天候工作的主要问题。为了降低云雾对于全波形采样激光引信的影响，提出一种基于高斯分解的回波脉冲处理方法，采用高斯模型将回波信号分解成单独高斯脉冲的形式，根据波形特征分辨出真实目标回波与云雾后向散射回波。从理论仿真和实验上对比了该方法与数字互相关方法的性能差异，结果表明：在能见度小于4 m的云雾条件下，数字互相关法测距精度恶化到1.6 m，而高斯分解法能够实现0.18 m的测距精度，优于互相关处理方式。该方法为激光引信在云雾环境下高精度测距提供了新的数据处理思路。

磷石膏是湿法磷酸过程形成的固体副产物。 磷石膏中含有磷、 氟、 硅等有害杂质组分, 极大影响磷石膏制品的质量和性能, 巨量磷石膏堆存严重威胁生态环境和生命安全。 确定磷石膏中杂质物相的赋存状态, 为磷石膏除杂净化和综合利用提供理论指导, 非常重要。 以低温干燥后的磷石膏为研究对象, 利用X射线荧光光谱(XRF)分析确定磷石膏中杂质元素的组成, 结果表明, 磷石膏中的杂质元素含量较高的有P, Si, F和Al, 含量较低的有Ba, Fe和Mg等。 因二水硫酸钙物相强峰对杂质物相峰有较强遮蔽作用, X射线衍射光谱(XRD)分析不能确定磷石膏杂质的物相。 利用扫描电子显微镜对磷石膏进行电子背散射衍射(EBSD)分析, 根据被检样品衬度的区别探明磷石膏的杂质物相, 利用X射线能谱分析(EDS)成分确定杂质物相组成; 利用X射线光电子能谱(XPS)对硫酸钙晶体表面以及混合杂质物相作进一步分析。 EBSD分析结果表明, 磷石膏中杂质物相主要包括二氧化硅、 氟硅酸钠、 氟硅酸钾、 氟磷酸钙、 氟化钙、 硫酸钡、 硫化铁、 三氧化二铝等, 此外还有硅、 铝、 磷、 氟等杂质混合组成的复盐物相, 其中二氧化硅、 硫酸钡、 硫化铁、 氟磷酸钙和三氧化二铝为独立赋存物相, 氟硅酸钠和氟硅酸钾的物相则混合分布在硫酸钙晶体之间, 氟化钙杂质与硅、 铝、 磷、 氟杂质复盐物相结合赋存。 XPS分析结果表明, 磷石膏中还存在硅酸钙、 氟化铝、 氟化镁、 硫酸铝、 磷酸铝、 磷酸钙、 磷酸氢钙和磷酸二氢钙等物相, 其中磷酸钙、 磷酸氢钙、 磷酸二氢钙和氟磷酸钙四种物相的特征峰位分布极为接近。 采用EBSD-XPS组合分析方法, 不仅确定了磷石膏中杂质的物相, 还阐明了杂质物相与硫酸钙晶体之间的构效关系。 该研究为磷石膏杂质物相分析提供新途径, 为磷石膏除杂净化及其综合利用提供坚实的理论依据。

为了定量评估像元下垫面反射率等要素对青藏高原卫星臭氧遥感数据精度的影响，设计了青藏高原卫星太阳紫外后向散射辐射的正演仿真计算。首先提取NOAA卫星SBUV/2青藏高原像元下垫面的观测数据，结合提取的臭氧垂直廓线数据，设计青藏高原正演仿真计算的输入参数，最后输入风云三号卫星紫外臭氧垂直探测仪正演仿真计算系统开展正演仿真计算，利用计算结果，考察卫星紫外臭氧垂直探测仪通道辐射观测值随下垫面特征参数的变化特征。结果表明：当太阳天顶角在30°~88°内变化时，仪器各个通道的辐亮度观测值都随太阳天顶角增大而减小，变率在-0.002%~-46.24%，变率随着波长的增大而增大，其中第12通道的最大达到-46.24%；当像元下垫面反射率在0~0.8内变化时，仪器通道辐亮度观测值的变化特征随波长不同而有显著差异，其中短波长的第1~6通道，对观测值的影响几乎可以忽略不计，而长波长的第7~12通道，观测值随着下垫面反射率的增大而增大，而且这种变率随着波长的增大而快速增加，第12通道的最大变率达到2 903.2%；像元下垫面有效气压的改变，对仪器通道辐亮度观测值的影响可以忽略不计。

气溶胶消光后向散射比是与气溶胶类型相关的一个重要光学参数，且是米散射激光雷达反演中的关键误差来源之一，近年来，激光雷达在大气气溶胶探测领域内的发展迅猛，因此调研消光后向散射比的反演方法对于气溶胶的探测与研究具有很大意义。本文根据使用的仪器及反演原理，对多种大气气溶胶消光后向散射比的反演算法进行了整理归纳，并从光学特性和微物理特性入手将这些方法联系起来。其中，光散射模型法、被动光学遥感法与激光雷达法联系紧密、应用广泛，为大气气溶胶的探测与研究提供了重要支撑。文章重点介绍了这3大类较为主流的反演方法，综述了相关方法的发展历程并分析了适用情况及优缺点，最后展望了未来大气气溶胶消光后向散射比反演技术的发展趋势。

传统激光雷达在透雾成像过程中受探测接收灵敏度限制无法提取淹没在强后向散射噪声内的目标信号，难以达到透雾效果。本文提出单量估计法的面阵盖革模式雪崩光电二极管激光雷达透雾成像算法，依据盖革模式触发探测模型，通过对回波光子进行极大似然估计得到后向散射分布，提取目标回波位置，抑制了后向散射噪声，达到透雾成像的目的。搭建了室内激光透雾成像实验平台，获取了不同浓度下的透雾成像数据。实验结果表明，与峰值法和双量估计法相比，单量估计法能最大程度恢复目标像素数，衰减系数为0.11 m^-1时，相比峰值法距离信息恢复量提升8.26%，目标复原度降低16.22%；衰减系数为0.86 m^-1时，相比峰值法距离信息恢复量提升86.86%，目标复原度提高20.51%；衰减系数为2.37 m^-1时，相比峰值法距离信息恢复量提升253.19%，目标复原度提高53.44%。在衰减系数较大时，单量估计法在信号级去雾处理上的目标复原度较高。