大气气溶胶卫星偏振遥感探测中，地表偏振反射率估计是最重要的不确定因素之一，是气溶胶反演过程中地气解耦的重要环节。基于高分五号卫星大气气溶胶多角度偏振探测仪（DPC）近红外波段865 nm的多角度偏振观测数据，利用全球地基气溶胶监测网（AERONET）站点的气溶胶产品AOD L2.0与DPC数据进行时空匹配，筛选气溶胶光学厚度（AOD）低值数据，以减小气溶胶的影响，获取地表多角度偏振反射率数据。针对8种典型地表类型，基于DPC多角度偏振数据定量比较分析了Nadal-Bréon模型、Waquet模型、Maignan模型、Litvinov模型和Xie-Cheng模型5个半经验地表双向偏振反射分布函数（BPDF）模型的性能。研究结果表明，Litvinov模型和Nadal-Bréon模型所得的结果与实测数据可以较好地吻合，两个模型与DPC实测数据的相关性系数均值分别为0.958和0.952，均方根误差均值分别为0.202%和0.223%。研究结果为基于DPC数据估算地表偏振反射率提供了BPDF模型参考，为利用DPC多角度偏振数据反演气溶胶参数等应用提供了先验数据支持。

材料的复折射率是计算偏振度时不可缺少的物理参数。由于直接测量复折射率较为困难，在现有的粗糙表面偏振双向反射分布函数（polarized Bidirectional Reflectance Distribution Function，pBRDF）的基础上，推导了材料的偏振反射率表达式，提出了入射光线为线性偏振时材料表面参数的反演方法，提高了复折射率计算的适用性。反演结果与文献中参考值的对比表明，该反演方法具有较高的可靠性。

提出一种基于大气矢量辐射传输模型的地物偏振反射率反演方法.利用辐射传输模型, 建立地表反射率、观测条件与传感器入瞳处辐亮度偏振态的查找表, 再进行查找表反查及数值计算, 完成偏振反射率反演.验证实验表明, 典型地面目标物的偏振反射率反演精度可达到90%.

植被冠层反射太阳光会产生部分偏振光, 这为偏振遥感探测提供了信息源。 利用地基平台开展野外偏振测量是非常重要的研究, 它不仅能获取植被冠层本质的偏振反射特性, 而且还可以与机载或者星载平台数据进行匹配； 虽然研究者们已经通过机载或者星载偏振探测器获取了大量植被冠层的偏振反射信息, 但是关于地面植被冠层偏振反射分布特性的研究却很少。 因此, 为了详细研究植被冠层的偏振反射特性, 基于野外多角度高光谱偏振测量与偏振反射物理机制, 分析了植被冠层偏振光谱特性及其偏振反射分布特性； 随后, 反演了两种偏振模型的参数, 将测量值与模拟值进行对比分析。 研究结果发现, 植被冠层的偏振反射具有明显的各项异性特征, 而且与波长之间存在微弱的关系； 同时, 偏振模型可以很好地模拟植被冠层的偏振反射信息, 可以作为研究植被冠层的理论依据。 该研究测量的偏振反射信息与模型计算值之间呈现良好的吻合性, 既描述了植被冠层偏振反射分布特性, 又证明模型的有效性和测量结果的准确性。 对植被冠层偏振特性的详细研究, 不仅有助于完整地解释植被冠层与电磁波之间的辐射响应特征, 而且对于偏振遥感对地观测以及地表偏振信息对大气偏振信息的研究也具有重要科学价值。

基于野外与实验室多角度偏振测量信息与偏振反射物理机理，分析了不同植被冠层的偏振反射特性，同时得到了两个地表偏振反射模型的参数。结果发现，植被冠层的偏振反射比值与入射、探测几何相关；植被冠层的偏振反射具有明显的各向异性特征，且与植被冠层的结构形态相关；地表测量的植被冠层偏振反射比可达0.095，远大于以往结果；偏振反射模型可以有效地计算出一般植被冠层的偏振反射信息，但是对于完全平展型且有光滑叶片的冠层却会出现较大误差。

为提高番茄植株营养胁迫定量分析模型的精度, 探究偏振检测在植物单叶尺度进行无损检测的优势, 利用自行研制的偏振反射光谱系统检测不同生长期温室番茄缺素叶片偏振反射特征。 对影响番茄单叶偏振反射的主要因素: 方位角、 入射天顶角、 探测天顶角、 光源偏振片起偏角度、 探测器偏振片起偏角度进行了讨论, 通过正交试验的极差分析获取光谱仪各测量角度参数的优水平, 并通过实验进一步验证, 最终分析得到偏振光谱系统检测番茄缺素叶片的角度组合及主次排序为: 入射天顶角60°、 光源起偏角度0°、 探测器起偏角度45°、 探测天顶角45°、 方位角180°, 在此基础上对不同生长期的缺氮、 缺磷、 缺钾叶片以及不同缺素程度的叶片进行分析比较, 结果显示偏振反射比随番茄叶片的生长周期呈现正相关关系, 缺素和营养过量均能导致偏振反射比的下降, 偏振反射比在结果期和采收期的降幅较为明显。 对于偏振反射光谱在植物单叶尺度营养快速检测的深入研究具有一定的理论和实践意义。

运用新研制的大气多角度偏振辐射计（AMPR）获得航空遥感数据并结合实验室测量数据对常用的三种地表偏振模型进行评估，分析地表偏振反射率的波段响应和角度响应特征。实验发现偏振反射率对波段变化的响应很小，该结论得到85%以上飞行数据的气溶胶反演结果支持。实验室数据中，波长变化1 nm的黄棕壤和红沙土的偏振反射率改变量仅分别为2.43×10-6和1.47×10-6。在角度响应特征上，三种模型都与实验数据符合得很好，高植被覆盖率时三种模型与实际测量数据的偏差较小。分别对三种模型的航空数据进行拟合，Nadal和Bréon（NB）开发的地表偏振反射率模型与飞行数据符合得最好，拟合偏差约是其他两个模型的一半，NB模型能够更精确地描述地表偏振反射的特性。

偏振反射光谱是近年来生物医学光子学中发展迅速的一种新型诊断组织信息技术,能对生物组织微观结构组成进行快捷准确的探测,具有强偏振敏感、非侵入、低成本和快速等特性,在肿瘤的早期诊断和在体生物组织的上皮黏膜检测研究等方面具有重要的应用价值。综述了偏振反射光谱技术的基本原理和测量装置及其在肿瘤的早期诊断和在体生物组织上皮黏膜的光检测等生物医学方面的研究。

太阳耀光一直是困扰水质遥感的突出问题。传统的利用光的偏振性剥离太阳耀光的方法只有当太阳光以水的布儒斯特角入射时才能实现，因此该方法在实际应用中受到了极大的限制。通过深入研究光产生偏振现象的物理机理，找到了在任意入射天顶角情况下通过偏振测量去除太阳耀光的方法，并得到了较为满意的实验验证，使得在向多角度偏振遥感中太阳耀斑剥离的实际应用又迈进了一步。

水面镜面反射会产生太阳耀光，直接影响水体遥感信息的提取和利用。光在与物体相互作用的过程中，不仅其强度会发生变化，而且偏振状态也会发生变化。结合这两种情况，利用偏振反射的变化来消除太阳耀光。从理论上推导了偏振反射消除太阳耀光的可能性，实验测定了自来水和汽油在2π空间中的偏振反射光谱，分析了光线入射角、探测角、探测方位角、偏振角等因子与液体偏振反射比的普适关系。实验证明，当太阳处在一定的天顶角时，通过设置偏振角可以成功的消除太阳耀光的影响。