多模式探测成为目标探测识别领域重点发展的技术手段之一，其中视距模型的优选成为指导探测器件设计的重要依据。本文以飞翼布局的低特征飞行器为研究对象，采用计算流体动力学（CFD）方法结合辐射平衡壁面模型预测本体温度，结合MODTRAN大气红外衰减数据库，采用视在光线（LOS）法计算考虑壁面遮挡效应的辐射传输，建立基于噪声等效辐照度（NEFD）、最小可探测温差（MDTD）和最小可分辨温差（MRTD）的地基探测视距模型，计算探测系统对低特征飞行器的最大探测距离和最大探测天顶角。结果表明：低特征飞行器在典型飞行工况下的光谱辐射强度在长波波段（8~12 μm）较中波波段（3~5 μm）辐射积分强度高出2个数量级；NEFD视距模型在长波波段的探测距离高出中波波段近1个数量级，MDTD和MRTD视距模型在中长波波段探测距离基本一致；三种视距模型在长波波段对应的探测能力依次为NEFD>MDTD>MRTD；在中波条件下MDTD视距模型的探测距离最大，对飞行器底部的探测距离约为57 km；MRTD视距模型在观察等级为辨认时无法辨别飞行器具体类型。该研究可为低特征飞行器的探测识别以及探测器的设计提供理论支撑。

引力波的直接探测打开了宇宙观测的新窗口, 开启了引力波天文学的新时代。当前世界上运行的第二代地基引力波探测装置分别包括位于美国汉福德和利文斯顿的两台LIGO、位于意大利的Virgo和日本的KAGRA。然而, 第二代引力波探测器的应变灵敏度较低, 无法探测宇宙中绝大部分天文事件, 因此亟需建设第三代地基引力波探测装置。基于山西大学的低噪声激光光源和山西省的废弃矿井资源, 山西省政府已经立项, 支持建造第三代地基引力波探测装置“谛听计划”。本文通过计算迈克尔逊干涉仪、法布里- 珀罗- 迈克尔逊干涉仪、功率循环的法布里- 珀罗- 迈克尔逊干涉仪对引力波信号的频率响应, 并与美国激光干涉引力波天文台的LIGO探测器进行对比, 分别确定了“谛听计划”法布里- 珀罗腔和功率循环镜的反射系数。

目标红外辐射特性可用于目标特征识别, 如何有效获取目标红外辐射特性, 对目标预警、侦察及隐身效果评估等意义重大。针对当前外场实装地基红外成像设备定标参数获取难题, 对近距离扩展面源定标法、平行光管定标法、远距离扩展面源定标法等 3种方法进行了分析, 采用上述 3种方法对不同视场外场红外成像设备进行了定标实验研究, 获得了不同方法下响应参数。针对远距离扩展面源定标法定标结果随距离变化情况, 设计了不同调焦状态和工作时长下制冷热像仪定标实验。实验结果显示红外成像设备的离焦状态、工作时长对制冷型红外成像设备响应参数影响较小。外场定标误差主要来源于环境杂散辐射、大气透过率及路径辐射计算。外场条件下应采用近距离直接扩展点源定标方法对地基红外成像设备不同航次择机定标; 同时扩展面源定标法定标距离一般不超过 10 m, 响应参数误差此时相对近距离定标约 5%左右。

基于钠导星星群的多层共轭自适应光学（MCAO）系统是目前大口径地基望远镜获得大视场高分辨成像质量的关键部分。其中，钠导星数量及排布方式是影响MCAO系统性能的关键参数。为了明确钠导星星群分布对MCAO系统大气层析效果的影响，首先，根据层析的基本原理，建立了MCAO系统层析两层大气湍流的模型。随后，基于OOMAO仿真平台，验证了3颗钠导星星群对两层大气湍流层析结果。最后，利用视场内斯特列尔比的平均值（RSˉ）和归一化标准差作为校正效果和均匀性的评价指标，讨论了3~6颗钠导星放置于正多边形顶点或者正多边形顶点结合视场中心的排布方式对湍流层析效果的影响。研究表明，针对丽江高美谷天文台大气条件（550 nm波长大气相干长度为8 cm），10 m口径望远镜视场为1′，大气分为两层的情况，当正多边形的半径大于26″时，钠导星的数量达到4颗就能使系统校正后RSˉ（H波段）达到0.45。特别地，采用5颗钠导星放置在正五边形顶点并在视场中心放置1颗钠导星的星群方式层析湍流最优，MCAO系统校正后RSˉ最高，能达到0.53，且系统均匀性较好。

为实现全天时、全天空云量观测，提出并研制了一种双波段全天空云量观测系统。该系统在可见光波段通过内置遮光装置和高动态范围（HDR）图像合成技术，可采集清晰完整的全天空图像，同时，其在红外波段的一次成像可获取160°视场范围天空图像，较传统扫描拼接式红外观测模式更加简单快捷。主要阐述了该系统在不同波段的全天空成像原理以及云图分割方法。从双波段云量观测数据的一致性和准确性两方面进行分析，验证了该系统在云量观测上具有较高的准确性。

臭氧是大气中一种重要的微量气体, 是影响对流层与平流层大气运动的重要成分之一, 臭氧的高精度探测对于环境和气候具有重要的意义。OMI 传感器是目前具备探测全球臭氧含量的主要遥感传感器之一。利用地基 Pandora 观测网全球范围内 44 个臭氧观测站点数据对 OMI 卫星数据产品进行了精度验证。结果表明: OMI 臭氧产品与 Pandora 地基测量结果之间具有很好的线性相关性, 相关系数达到 0.948, 但精度结果存在区域差异。在南半球地区, 相关系数为 0.915; 在北半球低纬度地区, 其相关系数为 0.932, 中纬度地区相关系数为 0.948, 而在高纬度地区, 相关系数达到了 0.957。 此外, 验证精度还与臭氧柱总量存在相关性, 在臭氧柱总量低于 220 Du (对应臭氧空洞条件) 时, OMI 卫星产品存在高估现象, 高估约 13%; 而在臭氧柱总量高于 400 Du 时, OMI 的臭氧产品低于 Pandora 地基测量结果, 且随着臭氧柱总量增加, 低估情况也越严重, 在臭氧柱总量达到 500 Du 时, OMI 臭氧产品低估约 4%。