碳卫星超光谱探测仪聚焦于陆地生态系统植被碳汇和森林蓄积量探测， 利用670~780 nm谱段的光谱绘制植被荧光的时空分布规律， 满足全球碳汇定量监测、 森林植被生产力评估的需求。 如何有效地标定超光谱探测仪的光谱参数， 建立探测仪和被测光谱信息的对应关系是定量化反演的基础。 通过光栅方程推导了超光谱探测仪的光谱数据误差模型， 并结合光学系统的弥散斑分布函数， 卷积得到了超光谱探测仪的仪器线形函数（ILS）分布规律。 仿真结果表明， 仪器线形函数是缓慢变化的， 在一个小光谱范围内ILS可以近似认为是一致的; 波长误差是一个系统误差， 主要由光栅制造误差等引起， 采用已知波长特征谱线标定的方法可以消除。 通过真空罐模拟在轨环境， 建立了包含可调谐激光器、 波长计、 旋转散射片、 积分球和平行光管等装置的光谱定标系统， 提供线宽小于0.001 nm均匀分布的单色标准光源， 利用自动化数据处理系统测试探测仪响应曲线和单色标准光源的对应关系， 标定超光谱探测仪的光谱参数。 超光谱探测仪光谱采样率2.5像元左右， 单波长光谱的有效数据点少， 无法给出ILS函数的精确数据， 以0.015 nm波长间隔单波长扫描的新方法将光谱采样密度提高2个数量级， 高斯拟合获取光谱分辨率， 数据处理结果表明超光谱探测仪光谱分辨率为0.24~0.26 nm。 通过选取特征波长和三次多项式拟合的方法得到波长定标方程， 给出了全部像元的光谱定标数据， 选取特征波长验证拟合波长残差， 结果表明定标精度优于0.005 nm。 为了进一步验证光谱定标结果， 开展了超光谱探测仪的地面推扫成像实验， 利用中国科学院空天院怀来试验站的测试平台， 获取了松树林和石子路面的光谱数据， 超光谱探测仪测量的大气吸收线和HITRAN模拟的大气吸收线比对结果表明， 氧吸收线中心波长偏差小于0.003 nm， 证明超光谱探测仪光谱定标精度满足指标要求。

太阳远紫外辐射是临近空间能量输入的主要来源之一, 临近空间环境对太阳爆发活动的响应是有待深化研究的重要科学问题。 对太阳远紫外在中高层大气的辐射特性进行研究, 是研究临近空间大气成分与密度变化、 光化学反应以及动力学过程的重要基础。 利用FISM2耀斑模型计算的远紫外数据和MSIS-E-00模型提供的地球中高层大气数据, 将120～190 nm的太阳远紫外辐射分为7段, 使用基于Lambert-Beer定律的大气辐射传输方法进行数值模拟。 选取2010年1月至2020年12月共11年间的150组耀斑数据, 利用时间滞后互相关(TLCC)评估了太阳远紫外辐射和软X射线的耀斑峰值时间差, 使用最小二乘法(LS)计算了二者的耀斑峰值流量关系, 然后利用大气辐射传输方法计算了耀斑爆发时太阳远紫外在临近空间(20～100 km)的光谱特性、 流量变化以及加热率变化, 最后计算了太阳远紫外辐射在地球大气中的沉积情况。 计算结果表明, 在太阳耀斑爆发过程中, 远紫外辐射的流量出现明显变化, 流量峰值比软X射线提前240 s左右; 远紫外辐射与软X射线的流量峰值近似线性相关, 大于140 nm波段的系数随波长的增加而增大; 在20～100 km的临近空间范围, 太阳远紫外光谱几乎被完全吸收, 但由于大气成分特殊的吸收窗口结构, 185～190 nm波段的部分光谱可到达20 km高度; 临近空间区域内, 太阳耀斑爆发时与爆发前的远紫外流量比值在7个波段均为2.0左右, 峰值加热率的比值分别为1.22, 1.88, 1.35, 1.42, 1.23, 1.08和1.11。 验证了在临近空间利用远紫外辐射感知太阳耀斑的可行性, 为临近空间光学探测实验提供理论依据, 为大气反演等相关研究领域提供参考。

讨论分析了现代大气光学研究及其在光电工程应用中几个方面的常见问题，给出了下列主要观点：（1）大气对光电工程应用的影响不容忽视；（2）光电工程设计需要考虑大气光学特性；（3）大气对光电工程的影响需要用概率来说明；（4）不能根据天气状况直接来判断大气对光电系统影响的程度；（5）作为统计平均量的大气光学参数不是唯一确定的；（6）用一个参数C_n²不能可靠地描述大气湍流的光学特性；（7）有必要进一步提高光电仪器大气探测结果的可靠性；（8）大气湍流对光电系统性能的影响难以完全被消除；（9）不需要投入很大精力去研究一些理想的问题。根据现状，提出了一些值得深入研究的大气光学问题。

为分析我国未来拟发展的高轨静止卫星毫米波大气辐射特征, 选择最佳模拟其毫米波辐射的光谱吸收线库方案, 选取了三种基于典型光谱吸收线库逐线吸收模型（毫米波传播模型(MPM)、 罗氏模型(ROS)和高分辨率分子吸收传输模型(HITRAN)）, 针对拟新增的静止轨道毫米波探测频率424 GHz, 分析了三种大气吸收模型模拟该频率大气吸收系数随大气温度、 大气压强和大气湿度的变化差异。 构建了一种多层毫米波辐射传输模型, 利用上海探空站加密观测数据, 模拟风云三号B星微波湿度探测仪(FY3B/MWHS) 183.31 GHz三个毫米波通道辐射值, 并与真实观测值对比, 分析三种光谱吸收线库在模拟海陆边界地区毫米波辐射时的性能差异。 分析结果表明, 对于424 GHz通道三种大气吸收模型对大气温度、 大气压强和大气湿度的敏感变化趋势一致, 数值上MPM模型与ROS模型更接近, HITRAN模型要显著低于其他模型。 对于183.31 GHz, 在海陆交界地区MPM模型模拟误差相比ROS和HITRAN模型最小, 所有模型的第五通道模拟误差比第三通道和第四通道要小。

烟羽断层重建质量受两方面条件限制: 其中一个限制条件是遥感设备的时间分辨率。 以往的研究多使用多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）进行CT重建, 受采集数据速度的限制, 重建图像的时间分辨率较低。 另一个限制条件是, 采集到的数据量有限, 是典型的不完全角度重建。 过去多使用代数迭代重建算法或统计迭代重建算法, 重建图像受测量误差的影响比较大, 分辨率较低且伪影较多。 构造了基于成像差分吸收光谱技术（IDOAS）的光谱数据采集系统, 与多轴差分吸收光谱仪构造的系统相比, 数据采集的时间分辨率提高了160多倍, 基本解决了时间分辨率的问题。 提出了一种基于压缩感知理论和低三阶导数模型的烟羽断层重建算法——投影凸函数集低三阶导数法, 简称为POCS-LTD。 在投影的过程中, 使用代数重建算法使重建图像符合投影方程; 在全变分迭代的过程中使用了优化算法, 将低三阶导数模型的全变分归一化值作为优化算法的迭代方向, 前次迭代运算结果与本次投影运算的差值的模作为迭代步长。 对重建算法进行了数值模拟, 并以重建图像的接近度和一致性相关因子为指标, 对重建结果进行了分析。 数值模拟表明, 算法具有良好的抗误差能力, 与传统的低三阶导数法相比, 本文提出的算法将重建接近度减小了80%以上。 使用烟羽数据采集系统进行了外场实验, 用POCS-LTD算法对外场实验的数据进行了烟羽重建, 重建图像显示烟羽图像清晰, 伪影得到了较好的抑制。 介绍的烟羽断层数据采集系统和烟羽断层重建算法, 提高了烟羽断层重建图像的时间分辨率, 减少了重建图像的伪影, 扩大了光谱测量技术的应用范围。

食品和药品的检测在民生领域中具有重要的应用价值,为此提出一种基于太赫兹时域谱分析的检测方法。使用太赫兹时域光谱探测技术研究不同包裹物覆盖下物质的太赫兹谱特性,并对高相对湿度条件下的太赫兹样品探测技术进行研究。采用一种简单有效的谱减法处理样品光谱中的水汽吸收干扰,并计算样品在太赫兹波段的折射率和吸收系数。通过计算不同包裹物屏蔽下样品的折射率和吸收系数,所提方法可以准确分辨样品种类。

为精确计算太赫兹波大气传输吸收衰减，需建立太赫兹波传播路径模型，而后获取沿传播路径的相关变化大气参量，并通过国际电联(ITU)标准计算分段的吸收衰减值，最终进行累加计算得出总的大气衰减量值。受限于气象观测设备及手段，沿传播路径完整的大气参量难以获取。由于地球重力场产生的大气折射效应，电磁波在大气层中传播时其路径呈现曲线弯曲传播。基于区域大气再分析资料集基础数据转化的太赫兹波大气传输衰减精确计算方法，通过ITU标准这个桥梁，在气象数据和大气传输衰减间建立关联关系，最终运用在飞行器太赫兹波地面探测类工程技术上，以预估太赫兹波通信链路的大气吸收衰减值。

精确的光谱定标是定量化反演地物信息的前提与基础。 光栅色散型可见近红外成像光谱仪(VNS)主要用于海洋水色遥感和海岸带监测, 采用推扫式成像方式, 工作波段范围覆盖400～1 040 nm, 空间维视场像元总数为1 024, 共设置256个光谱通道, 光谱采样步长为2.5 nm。 针对仪器入轨后可能发生的光谱通道中心波长漂移或通道宽度展宽问题, 基于光谱特征曲线匹配思想, 提出了利用太阳大气廓线和星上定标器镨钕特征光谱进行在轨光谱定标的新方法。 开展了在轨光谱真实性检验与定标的地面模拟实验, 采用最小差值与相关系数联合算法对数据进行了处理。 以大气氧气吸收763 nm波段为例, 介绍了在轨光谱定标的步骤。 给出了太阳夫郎和费517 nm、 Pr-Nd玻璃685 nm和氧气吸收763 nm三个典型波段对应VNS的光谱通道的定标结果: 三个通道穿轨视场Smile效应幅度相近, 约为0.6 nm; 中心波长漂移方向和大小各异, 分别为0.707, -0.369和0.293 nm; 对穿轨方向各像元的测量值进了二次曲线拟合, 763 nm通道标准偏差小于另外两个通道, 三个通道的光谱定位精度较高优于0.176 nm。 为成像光谱仪开发出一种适用的在轨光谱定标算法。

空间太阳能电站(SSPS)方案之一是采用激光束实现天-地能量传输。研究激光能量传输的可行性，需要对激光束穿过大气层的过程进行分析。理论分析并数据模拟了激光在大气层中传输的过程，分析了大气在不同高度处对激光的作用，计算了不同高度处的激光光强和分布，同时分析了相应的大气温度和折射率的变化规律。研究发现，利用激光实现大气层垂直方向上的能量传输，需要控制激光的功率密度在一定范围，以减小能量的损失，同时避免对大气产生明显影响。在一定传输功率下，可以通过增加光束口径来减小激光的功率密度。

对空间大口径红外相机整机光谱响应测试方法进行介绍，建立空间大口径红外相机整机光谱响应测试系统。该测试系统包括：可见及红外光源、单色仪、标准探测器、数据采集系统、平行光管、真空罐、二维转台及待测相机。待测相机的波段集中在H₂O、CO₂等吸收波段，为了消除大气吸收波段对待测相机的影响，需要将平行光管、待测相机、转台等置于真空条件下，并向单色仪中通入氮气稳定后进行测试。整机试验结果表明，通入氮气后光谱测试精度大大提高，大气吸收波段光谱可准确测试。