电离层空间环境复杂，紫外波段辐射能量微弱，如何抑制远紫外高光谱成像仪杂散光是研究远紫外电离层高光谱载荷的重要环节。依据系统技术要求，给出单超环面光栅型高光谱成像仪杂散光抑制方法，首先分析杂散光的主要来源和传播路径，利用UG软件设计消杂光结构，使用LightTools软件仿真不同视场和不同光栅衍射级次下接收面的能量响应，评估杂散光抑制效果。结果表明：视场外杂散光能量和视场内光线能量量级相差10^-5~10^-7，光栅非工作衍射级次光线能量和工作级次能量量级相差10^-6~10^-8，中心波长处光谱杂光系数为0.9975%，所提方法满足空间远紫外高光谱遥感指标要求。

为了验证电离层光度计的设计及研制性能, 以满足仪器在轨高灵敏度高精度探测的使用需求, 利用氘灯、标准探测器、单色仪、准直仪、漫反射板、真空系统构建一套基于传递标准探测器的全链路电离层光度计真空紫外定标系统, 利用真空紫外定标系统完成了电离层光度计在夜间135.6nm和白天135.6nm、LBH带3个探测通道的130~200nm光谱响应及辐亮度定标试验, 测试了仪器的灵敏度指标。最后对整个定标系统的定标精度进行分析和估计, 得到系统的定标精度优于9.1%。试验证明了基于传递标准探测器建立高精度真空紫外辐射定标系统的可行性。

电离层极紫外波段(10～100 nm)日辉辐射主要是由太阳光电离激发以及光电子碰撞电离激发过程产生的, 利用天基遥感探测手段对极紫外日辉辐射进行观测, 可以获得白天电离层F层的电子密度、 离子密度及空间分布等信息。 极紫外波段日辉的天基遥感探测技术在国外起步较早, 尤其是欧美、 日本等国家, 目前已经处于相对成熟的阶段。 而我国对极紫外波段气辉辐射的研究几乎为空白, 对电离层的探测也主要集中在夜间, 如2017年我国发射的风云三号气象卫星D星上装载的电离层光度计可以获得夜间电离层峰值电子密度。 对极紫外气辉进行遥感观测, 特别是对电离层中O+ 83.4 nm日气辉辐射的辐射特性进行探测, 是获得白天电离层辐射特性的重要手段, 也是国际上电离层光学遥感探测技术的研究热点。 首先介绍了极紫外日辉的辐射传输理论, 对日辉辐射的激发过程、 碰撞过程以及共振散射过程进行了介绍, 在此基础上重点分析了O+ 83.4 nm日气辉辐射的产生机制及辐射特性。 该辐射是太阳光电离激发低热层中的O原子而产生, 为电离层极紫外气辉中辐射强度较强的信号之一, 83.4 nm气辉的高度分布情况可以提供电离层O+密度扩线以及电子密度扩线, 为白天电离层探测提供了一种有效手段。 其次分析了O+ 83.4 nm日辉辐射的谱带特性, 以MSIS-00大气模型为基础, 利用由美国计算物理公司与空军实验室联合开发的AURIC v1.2模型计算83.4 nm气辉辐射的初始体发射率、 共振散射作用下的体发射率和临边柱辐射强度的分布情况, 探究O+83.4 nm日辉谱线与高度、 纬度、 太阳活动和地磁活动等电离层物理参量的相关性。 基于极紫外日辉辐射算法, 同时根据氧离子83.4 nm辐射传输特性, 考虑该辐射的多次散射效应, 提出了氧离子83.4 nm日辉辐射的计算方法。 假设电离层呈现电中性, 获得氧离子83.4 nm日辉强度可以反演白天电离层O+密度, 进而获得白天电离层F层电子密度的分布情况, 为探究白天电离层特性提供了重要依据。

研究了一种星载太阳同步轨道远紫外成像光谱仪,以满足对低层大气驱动力与电离层之间耦合作用探测的科学需求。仪器拟采用双侧向临边探测方法,对电离层中在远紫外波段产生昼夜不同特征辐射的各种粒子的光谱辐射强度进行探测,进而定量获取低层大气驱动力的影响。根据探测机理,进行了仪器系统观测方案设计、仪器性能参数与系统设计、原理样机系统集成、性能测试和地面辐射定标等研究,该研究为我国未来电离层远紫外成像光谱探测提供一种思路。

主要针对可应用于空间高层大气遥感的远紫外光谱仪的光谱辐照度响应度定标方法进行研究。 针对远紫外波段光谱测试标准装置少, 实验系统所需真空度高, 实验稳定性难以维持, 传统漫反射板和积分球辐亮度定标方法在远紫外波段局限性大、 难以利用等特点, 研究了适用于远紫外光谱仪器的光谱辐照度绝对辐射定标方法, 搭建了相应的真空实验系统, 以一台远紫外光谱仪原理样机为对象对研究方法进行了实验验证。 实验系统以标准氘灯、 真空紫外单色仪和准直系统组成照射系统, 将出射准直光辐照度用标准探测器进行标定, 三者共同组成了标准光谱辐照度光源; 利用该光源照射原理样机并读出相应信号, 最终获得光谱辐照度响应度, 从而实现了利用标准探测器进行照度传递的远紫外光谱仪器绝对光谱辐射定标, 有效的进行了仪器定标。 该方法定标不确定度约为7.7%, 对远紫外波段空间高层大气遥感光谱仪的地面辐射定标研究具有重要意义。

远紫外光栅色散型成像光谱仪在空间大气遥感领域主要用于电离层、 热层、 极光和辉光的探测。 文章根据临边与天底结合的大气成像光谱探测原理， 提出了探测方案， 设计了适用于远紫外波段的光栅色散型成像光谱仪的两种光学系统， 并选择了平面光栅结构进行研制集成， 在国内首次获得了原理样机。 样机工作波段为120～180 nm， 望远系统采用离轴抛物镜， 光谱成像系统采用改进型的Czerny-Turner结构， 探测器使用远紫外响应背照型增强CCD。 搭建了相应的实验系统对样机的基本性能参数进行了测试， 测得光谱分辨率约为2 nm， 空间分辨率0.5 mrad。 这种远紫外光栅色散型成像光谱仪的研究对完善我国大气遥感事业具有重要的研究与应用价值。

为完善国内星载电离层成像光谱仪研究，设计了一种适用于120~180 nm波段探测的光学系统。根据探测目标特点，结合国外方案提出了以离轴抛物镜为物镜，超环面光栅为成像光谱系统的方案；为解决传统单光栅结构像差校正不均匀、空间分辨率低等缺点，结合光栅表面方程和光程函数方程进行了理论分析，获得了全波段像差纠正的处理方法；利用Matlab编程计算初始结构，并用Zemax设计优化，成功得到了F数为6.8，焦距为102.3 mm，具有良好空间分辨率和高光谱分辨率的星载电离层成像光谱仪系统。通过对结果进行分析可知，全系统的像差得到充分校正，全视场全波段调制传递函数值在0.7以上，光谱分辨率0.56 nm，满足设计指标要求，设计方法和设计结果合理可行。

电离层对电磁脉冲传播的影响可以用一个频域的电流密度来描述, 在时域则等效为一附加的电流密度和电导率。推导了附加电流密度和电导率在时域的表达式, 它们是电离层参数和作用电场的函数, 并以差分方程的形式给出。高空核爆电磁脉冲(HEMP)的计算是在时域进行的, 将该电流密度和电导率计算方法应用于HEMP产生和传播的自洽计算中。作为算例, 计算了100 km高空核爆电磁脉冲产生和向上传播的3种情况, 并对计算结果进行了比对分析。计算结果表明: 电离层时域计算方法与核爆电磁脉冲计算方法的结合是合理有效的, 爆点上方考虑电离层影响的HEMP要比不考虑电离层影响的结果小得多。

电磁波穿过电离层时引入的法拉第旋转是导致全极化微波辐射计观测亮温产生交叉极化的重要原因.分析得知IRI(international reference ionosphere)模型产生的TEC(total electron content)数据在部分低纬地区无法满足全极化辐射计对法拉第旋转的校正精度要求.为提高校正精度，分析了沿观测路径积分法和应用IGS(International GPS Service)发布的TEC数据校正两种方法对校正精度的影响.结果表明，沿观测路径积分法不能有效改善校正精度，而应用IGS数据校正可大幅提高低纬地区法拉第旋转校正精度，满足全极化微波辐射计对极化旋转角的校正精度要求.