基于受激参量下转换过程产生光子的相关特性, 构建了一套无需制冷且只利用可见光探测器即可实现红外标准传递辐射测量的系统。首先详细描述了该红外标准传递辐射计系统的工作原理, 接着利用标准黑体拟合获取了该系统的定标系数, 由此得到红外标准传递辐射计温度与待测黑体响应值的关系, 最后通过与水浴黑体在相同温度点的响应值所反演获取的辐射温度作比较, 进一步评估和验证了该红外标准传递辐射计系统的不确定度。实验结果表明: 该红外标准传递辐射计测量水浴黑体辐亮度的联合不确定度为1.64%, 表明该红外标准传递辐射计可作为标准黑体到用户传感器的传递标准。

黑体辐射源作为初级标准, 其辐射特性的测量精度决定了整个标准传递链路的不确定度。为了提高黑体的辐亮度测量精度, 研制了一台可直接观测黑体辐亮度的双通道热红外标准辐亮度计。根据仪器的工作原理, 采用自行研制的高精度水浴黑体获取标准辐亮度计的定标系数。实验结果表明, 该辐亮度计的1 h信号非稳定性优于0.3%, 定标系数拟合不确定度优于1.23%, 5 μm通道整体不确定度为0.39%, 10 μm通道整体不确定度为1.3%。可实现黑体辐亮度与实验室辐射标准之间的传递。

VIRR是搭载在我国最新一代极轨气象卫星FY-3B上的可见光红外扫描辐射计, 发射后的遥感器需要进行不断的辐射定标校准以提高数据质量, 更好的满足用户需求。 为了研究FY3B/VIRR入轨后辐射响应的衰变规律, 利用2011年—2015年敦煌辐射校正场同步试验数据, 采用反射率基法计算其反射太阳波段的辐射定标系数, 除受水汽吸收影响的波段10, 其余各波段定标系数相对标准差均小于1.5%。 以Aqua/MODIS为辐射基准验证了该方法的精度, 结果表明, 正演大气顶辐射与卫星观测值的平均偏差均小于2.5%。 基于上述五年的VIRR定标结果, 结合发射前定标系数, 计算了遥感器的年际衰变率, 结果表明: 仪器衰减显示出一定的波长依赖性, 波长越短的波段衰减越大； 与发射前定标系数相比, 入轨第一年的仪器定标系数有较大程度的变化； 随着在轨运行时间变长, 仪器衰减趋势开始减缓, 在轨运行的第二和第三年衰减均大幅减小； 从第四年开始波长<0.8 μm的波段, 有衰减增大的趋势； 在轨运行两年后, 波长>0.8 μm的波段部分年份出现了响应增加的现象； 与孙凌等的FY3A/MERSI衰减变化规律相比, 衰减率和波长的相关性是一致的, 但MERSI在0.65 μm的波段3和13均出现相应增加的现象, 而VIRR在该波长处的波段1却有衰减增大的趋势； 综合历年的衰减率可以看出, 波长较短的波段7, 8和9年衰减率基本大于5%。

目前野外工作大口径双波段红外经纬仪的外场辐射定标装置普遍采用大面积均匀扩展辐射源，该方法需要两套定标设备，功耗高、便携性能差、研制难度大。为解决这一问题，分析比较了不同定标方法的原理、过程及技术性能，得出琼斯法是对野外环境下工作的大口径红外经纬仪进行辐射定标最佳方案的结论。为此研制了双波段红外辐射计，该辐射计由黑体照明光管和参考辐射计两部分组成，采用牛顿式望远系统及中继光路系统，选用InGaAs和PbSe两款红外探测器分别接收短波红外和中波红外辐射信号，可对短波和中波双波段进行辐射定标。讨论了校准参考辐射计对保证红外经纬仪最终测量精度的必要性，并给出参考辐射计在短波和中波不同的校准方法和校准结果。对校准该辐射计的不确定度进行了分析，短波和中波校准不确定度分别为4.12%和2.35%。

实际应用显示搭载在风云三号A星(FY-3A)上的可见光红外扫描辐射计(VIRR)的两个分裂窗波段(IR4,~10.8 μm;IR5,~12.0 μm)存在定标偏差.本文选择高光谱卷积法,用AQUA卫星搭载的大气红外探空仪(AIRS/AQUA)和METOP-A卫星搭载的干涉式红外大气探测仪(IASI/METOP-A)的观测数据对VIRR/FY-3A的两个分裂窗波段进行交叉辐射定标.根据卫星轨道特点,选择北极地区(60°N~90°N,180°W~180°E)作为研究区域,并选择2010年6月、9月、12月以及2011年3月作为研究时间段.首先,分别将AIRS/AQUA和IASI/METOP-A数据与VIRR/FY-3A的第4波段和第5波段的光谱响应函数进行卷积;对观测数据进行重采样,并基于普朗克黑体辐射公式实现辐射值和亮度温度之间的转换.然后,使用两个相关的匹配条件提取VIRR/FY-3A分别与AIRS/AQUA、IASI/METOP-A在第4波段和第5波段的匹配观测点对.最后,对匹配观测点对进行回归分析,得到交叉辐射定标偏差订正方程的系数.结果表明AIRS/AQUA和IASI/METOP-A的在轨辐射定标非常一致.以AIRS/AQUA和IASI/METOP-A波段的辐射定标为标准,VIRR/FY-3A第4波段的平均定标偏差分别为2.39 K和2.06 K,第5波段的平均定标偏差分别为0.59 K和0.44 K.实验指出定标偏差与亮度温度有关.

基于风云-3C/可见光红外扫描辐射计(FY-3/CVIRR)的中红外通道(3.7 μm)的太阳污染现象和发生规律,分析了太阳污染出现的时空特征,提出了初步判识并修正北半球太阳污染数据的方法,并就太阳污染对定标系数和黑体亮温的影响做了定量的评估.结果表明,对于FY-3C/VIRR的中红外通道,太阳光线照射到定标黑体时所形成的北半球高纬度太阳污染主要出现在太阳天顶角在85°~118°之间的位置时;由太阳污染导致的该区域地球观测亮温日平均偏差为4.5 K左右,最大偏差达到15 K左右.通过对逐日太阳污染数据进行识别,并采用污染前后定标系数进行线性求差值,可以初步修正太阳污染对定标系数带来的异常影响.

为解决热像仪测试设备校准问题，设计了内部参考黑体温度与环境温度相等的红外辐射计。为评估精密红外辐射计的性能指标，指导精密红外辐射计的设计，建立了红外辐射计NETD (噪声等效温差，Noise equivalent temperature difference)数学模型。估算了在不同电子带宽、光谱波段下红外辐射计的NETD。结果表明，当噪声带宽小于1 Hz时，红外辐射计自身的NETD在MWIR(mid-wavelength infrared )、LWIR(long wavelength infrared)波段均小于0.01℃,能够满足热像仪测试设备校准需要。

介绍了大口径红外辐射计的光谱定标方法。 研制了大口径红外辐射计。 该辐射计主要由前置光学系统, 红外探测器(热释电探测器和碲镉汞探测器2～14 μm), 机械斩波器, 锁相放大器, 信号采集器等组成。 首先对大口径红外辐射计的光谱定标方法进行了分析, 然后建立红外辐射计光谱定标的测量装置, 并分别测试腔体热释电探测器和HgCdTe探测器的响应非线性, 最后用腔体热释电探测器在该测量装置上对HgCdTe探测器进行红外光谱响应度校准实验。 通过两种相对光谱响应度测量方法的对比, 给出多次测量结果的平均值及两种方法的对比分析。 分析结果表明, 测量系统的不确定度优于3.4%。