针对GF-5卫星搭载的多角度偏振探测仪（DPC）平台上气溶胶细粒子反演算法中半经验模型不适用于城市地表偏振反射率估算的问题。基于DPC的经验正交函数方法，开展了气溶胶细粒子光学厚度反演研究。基于米散射计算气溶胶辐射贡献，采用经验正交函数方法计算地表贡献，利用多角度偏振数据以及矢量辐射传输方程，反演气溶胶细粒子光学厚度。本研究的反演结果与中分辨率成像光谱仪的气溶胶细粒子光学厚度产品分布趋势具有一致性，然后与AERONET北京、香河、香港站点的测量结果进行定量对比，相关系数为0.97、0.96、0.9，平均绝对误差为0.08、0.07、0.12，均方根误差为0.12、0.11、0.17，验证了算法的高精度与合理性。最后呈现2019年中国部分地区的气溶胶细粒子光学厚度月平均数据，并分析山东地区气溶胶细粒子光学厚度变化情况，发现6月是全年最高的时期，均值为0.7。上述结果验证了本文算法的可靠性，可为DPC有效监测气溶胶的时空分布提供技术支持

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%.

鉴于多角度偏振辐射数据可以有效提升大气气溶胶参数的反演精度,设计了多角度偏振探测航空实验及数据处理流程。将我国自主研制的多角度 偏振成像仪DPC搭载在航空平台上,同时在地面布设太阳辐射计CE318观测站点,设计航线串联地面观测站点,开展了航空飞行实验。对实验获 得的数据进行分析处理,结果表明,多角度偏振探测航空实验可获取高精度的偏振、辐射数据；使用该数据反演大气气溶胶光学厚度,反演误差 小于3%,初步验证了多角度偏振成像仪可为大气气溶胶多参数反演提供有效的数据。

为获得满足偏振成像探测器的研制所需的偏振成像样本，并解决现有偏振遥感仿真分析中普遍缺乏实测数据支持的问题，提出了一种基于强度图像和实测地物偏振反射率数据的偏振成像仿真方法，介绍了其实现过程，并且得到了不同大气几何条件下的卫星高度偏振仿真图像。通过与强度仿真图像定量的对比表明，偏振成像对比度受大气能见度的影响较弱，在低能见度及后向散射条件下或者某些特定方向上优势更为突出。偏振成像的清晰度对观测方向较为敏感这一属性可以指导选择特定的方向进行偏振探测，并最终提升雾霾条件下偏振成像对地遥感的目标识别能力。

采用基于逐次散射法的矢量辐射传输模型，通过求解矢量辐射传输方程，分析了影响海面上空气溶胶光学参数反演的主要因素。根据海洋大气气溶胶模型，通过构建多参数的反射率和偏振反射率查找表，给出了用于海上气溶胶光学参数反演的查找表迭代查找法。利用自主研制的多角度航空偏振相机在渤海湾上空航拍的偏振辐射数据，反演获得了该海域550 nm波段的气溶胶光学厚度和ngstrm波长指数，其均值分别为0.441和1.15。通过与布置在京津塘周边的多个地基CE318太阳辐射计同步观测数据进行的对比校验发现，两者间具有很好的一致性，说明反演方法针对海天背景的实际问题的考虑和处理过程切实可行。

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。