在轨辐射定标是极轨气象卫星光谱成像仪定标的重要组成部分，是实现高定量化遥感的重要技术手段。星上定标器以太阳作为长期稳定的参考光源，以定标器漫透射板作为基准传递媒介，漫透射板的标定精度直接决定了星上定标精度。根据风云三号E星轨道特点和光谱成像仪工作模式，星上定标器采用了漫透射板这一特殊形式。针对星上定标器的高精度性能测试技术开展研究，提出了一种基于标准光谱仪的外场漫透射板标定方法，以解决漫透射板双向透射分布函数（BTDF）所需的大口径、高亮度均匀测试光源以及高精度自动控制覆盖测试角度矩阵等标定难题。所提方法以外场太阳作为参考光源，标准光谱仪作溯源传递，秒级高精度自动跟踪转台作角度变换，获得漫透射板的BTDF。结果表明，该方法能获得准确的漫透射板BTDF，标定精度优于2.5%，满足星上定标器的在轨定标精度要求。仪器在轨测试阶段的星上定标系数与同类载荷交叉定标的偏差优于2%。

针对目前标准散射体定标存在定标时间长、定标后通用性差、定标结果无法溯源到气象光学视程（MOR）定义等问题，提出了一种可溯源至MOR定义的标准散射体定标方法，确定了一种标准散射体多角度同步定标光学系统架构，优化设计了照明光学系统与光场测量光学系统。照明光学系统的均匀性为98.53%，发散角为1.48°；光场测量光学系统的散射角度测量范围为20°~50°，散射角度分辨率为1°，周视角度分辨率为2°。研究了一种基于先验光场分布的定标系统能量校准方法，利用标准朗伯散射体仿真定标系统的能量校准误差，其中散射角度为31°时周视平均相对误差最大，为2.28%。据此，基于理想2700 K色温白炽灯的光谱分布仿真验证了可溯源至MOR定义的标准散射体定标方法的定标精度。结果表明：标准朗伯散射体散射角度20°~50°所表征的MOR量值范围为6.54~45.74 m，符合世界气象组织对MOR的定义，最大绝对误差为-2.41 m，优于国际民航组织规定的前向散射仪测量精度要求的1/10，为可溯源至MOR定义的标准散射体定标提供理论基础和技术支持。

为保障大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)二级反演数据的有效性和可靠性,需长期监测仪器在轨辐射定标准确性和稳定性。首先,根据EMI在轨测量的太阳光谱和星下点辐亮度,计算了南极洲和格陵兰岛永久冰雪地面选定数据区域的表观反射率时间序列,并建立了太阳天顶角和表观反射率的4阶双向反射分布函数(BRDF)模型。然后,利用4阶BRDF模型对2018~2020年的表观反射率数据序列进行归一化处理,得到了表征EMI定标准确性和稳定性的指标。结果表明,基于BRDF模型得到的表观反射率预测值与实测值相关系数高于0.9;用BRDF模型对表观反射率进行归一化处理后,得到的仪器辐射定标不确定度范围为2%~5%;UV2、VIS1通道两年总衰减的范围为-0.5%~0.5%,VIS2通道的两年总衰减约为1.9%,即EMI在轨运行两年间的辐射响应稳定性较高。

为了提高液晶空间光调制器(LC-SLM)的校准精度, 采用条形光栅相位图对LC-SLM进行了标定。首先基于傅里叶光学模拟计算得出了条形光栅相位图对比度与零级衍射光斑光强之间的对应关系, 然后搭建实验光路并在LC-SLM上加载了条形光栅相位图, 测量LC-SLM控制程序中加载的灰度图所对应的零级衍射光斑光强值, 经过分析计算得出计算机灰度信号与相位调制量之间的映射关系, 并最终得到了针对488 nm激光的LC-SLM的标定文件LUT。经过标定之后, 相位调制曲线的线性相关度可达0.996 4,校正误差仅为0.224 0 rad。结果表明, 在LC-SLM上加载复杂的高阶相位, 并结合LUT文件可以调制生成高质量的双螺旋光斑。此研究结果表明: 针对特定波长, 利用条形光栅相位图标定的LC-SLM得到的LUT文件可以使LC-SLM根据加载的相位对光束进行有效调制, 且其方法更简单。

系统级偏振定标是多角度偏振成像仪(Directional polarization camera, DPC)研制过程 中的关键环节,对于提高大气气溶胶和云相态等定量化探测应用具有重要意义。 结合矩阵光学和辐射度学理论,建立了多角度偏振成像仪偏振响应定标模型,对关键影响参量进行定标。采用大口径积分球参考 光源和分视场测量方法,消除了光楔平板对DPC三检偏通道视场非一致性的影响,实现了高频和低频相对透过率的高精度测量。 采用傅里叶级数的分析方法,建立全视场起偏度的测量模型,消除参考光源偏振方位角绝对位置引入的测量误差,实现光学系统 偏振特性的准确测量。采用可调偏振度光源和大口径积分球辐射源,开展了偏振定标精度的比对验证实验和精度分析。测试 结果表明,全视场偏振定标精度优于0.5%,自然光状态下的偏振定标精度优于0.05%,验证了宽视场偏振遥感器 偏振辐射响应定标模型的合理性,说明该系统级偏振定标方法可满足宽视场光学偏振遥感器的高精度偏振观测科学应用要求。

标定方法一直是线结构光三维测量系统研究的关键要素。重点讨论了线结构光传感器标定方法中的三个问题:标定靶物、光平面标定方法以及标定精度评定方法的比较。首先,总结了常用的标定靶物类型及其标定特点,为标定靶物的选型提供参考;然后,按照标定靶物和传感器标定时的相对运动关系,将当前主要的光平面标定方法划分为三类,分别是靶物与传感器位置关系固定不动的标定方法、靶物与传感器之间存在可控运动的标定方法以及靶物与传感器之间可自由移动的标定方法;其次,系统归纳了现有标定精度的评定方法,分析了各种方法的原理以及特点;最后,总结了线结构光标定方法的发展现状,指出线结构光自扫描测量系统和水下标定是线结构光传感器的发展趋势。

提出一种集成线性渐变滤光片和InGaAs焦平面的微型近红外光谱模组.作为核心分光元件, 线性渐变滤光片被紧密耦合在光敏芯片表面.相比于光栅分光方式, 模组具有紧凑的光学结构和稳定的光学特性.对此光谱模组进行波长定标实验, 并给出了标定准确性评价.实验结果表明, 该光谱模组的波长范围为900~1 700 nm, 波长准确性优于1.3 nm, 光谱分辨率小于通道中心波长的1.25%.基于此光谱模组的波长定标方法准确、可行, 可以被用于微型近红外仪等在线光谱分析领域.

为了提高对液晶空间光调制器(LC-SLM)的校准精度, 采用高位深相位光栅图对LC-SLM进行了标定。在LC-SLM上加载16位深度相位光栅图, 并使光束经LC-SLM调制后生成衍射光斑; 测量衍射光斑中心光强, 经过计算分析得出计算机灰度信号与相位调制量之间的映射关系, 最终得出针对488nm激光的LC-SLM标定LUT文件(LUT16)。结果表明, 在LC-SLM上加载0~2π涡旋相位, 并结合LUT16文件调制光束可以得到光斑质量很好的中空光斑,这与结合LUT8文件调制的中空光斑相比, 光斑质量从0.53提高到0.76, 提高了1.43倍。针对特定波长, 利用高位深相位光栅图标定LC-SLM得到的LUT文件可以使LC-SLM根据加载相位对光束进行有效调制, 且调制效果优于结合LUT8对光束进行调制的结果, 对LC-SLM的校准精度得到提高。

为了满足定量遥感对红外探测仪器定标精度监测的需求，采用风云三号气象卫星红外分光计(IRAS)与国际基准红外高光谱探测仪器进行交叉比对的方法，建立了FY-3C气象卫星红外分光计与高光谱仪器IASI的在轨交叉定标精度监测系统.通过对2014年一年的IRAS观测数据的定标精度监测和分析，结果显示，IRAS与IASI的相关系数均在0.98以上，通道1和18的定标偏差最大，分别为-3.7 K和2.1 K，通道9和16也有超过1K的偏差，其他通道的平均偏差均在1 K以内.地表观测通道8、9、18、19、20由于受卫星观测时空变化频繁的影响偏差标准差较大，在1.5～3 K左右，其他通道观测误差稳定性较好，均在1.5 K以内.通道2、3、4，10～13的定标偏差随目标亮温变化趋势不明显，通道14～20定标偏差随目标亮温变化趋势最强，最低和最高目标亮温对应的定标偏差之间的差别最大可达到5 K.定标偏差的时间序列分析表明大部分通道的定标偏差在一年的时间内保持稳定，变化幅度不超过0.3 K；通道15、19、20的定标偏差变化幅度约为1 K，通道1、14、16、17、18定标偏差一年的变化范围达到2～4 K.总之，在轨交叉定标精度监测系统为实时监测定标精度的变化提供了有效工具，为诊断仪器性能和改进定标方案提供了参考依据.

高光谱成像仪的光谱定标是为了确定仪器各波段中心波长和光谱分辨率，是获取地物光谱信息的必要条件。高光谱成像技术取得较快发展的同时，它的光谱分辨率也越来越高，这必然要求光谱定标的精度更高。文中从单色仪对定标精度影响出发，研究得到光源辐射强度包络对精度的影响可以达到0.12 nm 以上，这对于定标精度要求很高的高光谱成像仪来说不可忽略。根据不同波长处包络的影响我们对中心波长精度进行了改善。通过实验得出波段210～228 之间的中心波长精度提高了0.2 nm 左右，约占总波段数的11%，波段165～209 之间的中心波长精度提高了0.12 nm 左右，约占总波段的24%。