传统一元定标法测量红外天空亮度, 面临诸多困难, 如测量易受环境温度变化影响、仪器动态范围不足等。提出增加积分时间为自变量的二元定标模型, 解决了仪器动态范围不足的问题; 然后通过改变环境温度的系列实验, 掌握了二元定标模型中仪器辐射随环境温度变化的规律; 基于此, 提出再增加环境温度为自变量的三元定标模型。实验数据表明, 三元模型与实测数据拟合程度很高, 相关系数为1.000, 模型参数a、b、d, 95%置信度的相对不确定度均小于0.82%, 当环境保持某一温度不变时, 三元模型退化为二元模型, 各模型参数稳定, 其相对偏差小于0.6%。最后, 通过红外天空亮度实测, 验证并比较了三元和二元定标模型; 结果表明, 三元模型定标测量法使用条件宽泛, 既扩大了仪器动态范围, 又不受环境温度变化影响; 更重要的是, 不再需要现场定标, 提高了测量精度和测试效率。

提出了一种侧面遮拦结构的日晕光度计, 在镜筒内通过设置多层挡板结构逐层抑制处于内视场的挡板边缘衍射光, 同时采用倾斜布置的上挡板结构抑制处于外视场的入射窗口边缘衍射光和侧壁散射光.建立数学模型对这些杂散光抑制挡板进行了仿真计算, 结果表明, 优化各挡板的几何参数后, 日晕光度计的设计视场可达3.5~10个太阳半径, 视场内的杂散光水平均可低于10-8平均太阳亮度.相对于高山天文台的日晕光度计在4~8个太阳半径的视场内总杂散光达到10-7 平均太阳亮度, 该日晕光度计扩展了可观测视场, 并使杂散光抑制提高了一个量级.

为快速获取天空背景辐亮度，提出了一种基于DTL-1型天空辐亮度仪的宽谱段测量方案。分析了天空可见到近红外波段（400~1000 nm）积分辐亮度的测量原理，确定了宽光谱测量的响应系数和光视效率，并对测量结果进行了误差分析。利用光谱仪对仪器进行了线性度检验与测量数据对比，结果表明两者相对误差在10%之内，验证了仪器测量的可靠性，数据精度可以满足工程应用的要求。利用DTL-1型天空亮度仪分别在我国西南地区和合肥地区开展了全天空辐亮度的扫描测量，并对两地的实测数据进行了简要分析。

为验证亚毫米波辐射计在弹药末制导中的应用可行性，计算了不同天气条件下天空亮温和视在温度，利用360 GHz辐射计对地面金属目标和涂层隐身目标进行了模拟探测试验。计算和试验表明，在寒冷干燥的季节，辐射计可以探测到地面金属目标，随着温度和湿度的升高，辐射计很难再探测到目标;对于高温涂层隐身目标，辐射计可以探测到，而不受天气的限制。

研制了一台用于实时测量天空背景辐亮度的大气辐射测量设备(DTL-1), 该设备具有全天空扫描与给定方向测量两种测量模式, 可完成400~1 000 nm波段积分辐亮度的测量。基于DTL-1系统组成结构原理图,详细说明了各功能部件的研制方案, 给出了仪器的各项主要技术指标。对仪器进行了光谱辐亮度定标与恒定亮度下测量稳定性的测试实验; 选取不同地区的天空辐亮度实测数据与MODTRAN5理论计算值进行了对比分析。结果表明: DTL-1稳定性测试的平均辐亮度示值为36.496 W/m2·sr, 均方根误差为0.463 W/m2·sr, 与MODTRAN软件模拟结果比较其相对误差在20%以内, 能够满足科研与实际应用对天空背景辐亮度测量可靠性和精度的要求。

天空亮度分布在大气光学领域有着重要的应用。随着天空亮度测量仪器的迅速发展, 对测量的精度和工作稳定性的要求也越来越高。为了提高测量仪器的动态测量范围, 需要实现对探测器输出的弱信号的高精度测量。讨论了用高精度运算放大器对弱信号进行放大滤波处理, 并采用一种低噪声高精度Δ-Σ型模数转换器(ADC)来解决探测器中弱信号高精度测量的设计难题, 为天空背景亮度测量仪器的研制, 特别是为在设计中常面临的弱信号的高精度检测提供了一种解决问题的有效途径。

在大气光学领域中,天空亮度分布有着重要的应用。简要介绍了天空亮度的测量原理,在分析同类测量仪器的基础上,提出了一种用于白天的,可见及近红外波段天空亮度测量仪器的设计,介绍了系统的组成和探测器的选择。经过定标,仪器能够得到天空亮度的绝对值,其结果反映了真实天空亮度分布的变化。该仪器弥补了传统的天空亮度测量仪器在测量波段、实时性、便携性等方面的不足,更好地满足了实际的科研需求。