以我国高光谱遥感卫星——环境1号卫星为例，开展结合NCEP再分析资料辅助优化的6S 大气校正方法的分析。首先，考虑到高光谱图像缺少标准反射率产品的问题，利用最优化估计方法构建高光谱反射率曲线，并作为标准曲线，用于大气校正结果的验证。其次，基于6S大气校正理论，开展了大气校正的敏感性分析，确定了气溶胶光学厚度的敏感因素以及气溶胶类型、大气模式和大气温湿度对大气校正系数的敏感性。在此基础上，提出了NCEP再分析资料辅助优化的6S大气校正方法，利用NCEP再分析资料提供的大气温湿度廓线、水平能见度反演的550 nm气溶胶光学厚度等数据资料，优化6S模式的输入参数，得到准确的大气校正系数X_a、X_b和X_c，获得大气校正后的不同地物反射光谱曲线。最后，选取西安作为试验区，以水体为例，进行波谱曲线对比，利用标准曲线对校正结果进行精度评价。对比分析结果表明，NCEP再分析资料辅助优化的6S模式校正的地面反射率结果明显优于6S的大气校正结果，与标准曲线具有一致的反射率变化趋势，二者的相关系数达到0.8596，标准差低于0.0685，各波段地面反射率逐像元误差的平均值和标准差接近0.02，反映了利用NCEP辅助数据优化的6S模式对大气校正有着明显的改善作用，可提高6S 大气校正的地物反射率反演精度。

山区地形崎岖，高程变化较大，遥感影像地形效应明显，地物的光谱特征容易受到干扰，导致在分类过程中对遥感影像出现误分，不利于遥感信息的提取。基于辐射传输原理，利用Python开发了针对山区的大气校正算法。所提算法充分考虑了太阳直接辐射、天空散射辐射及邻近地表反射辐射对卫星入瞳处目标辐亮度的影响，可以有效地消除地形阴影的影响。利用所提算法，结合数字高程模型（DEM），对环境减灾二号01组卫星的CCD传感器的山区数据进行大气校正研究。分析结果表明：校正后的图像地形效应减弱，图像质量得到了明显的改善，反演得到的地表反射率与实地测量的地物光谱数据比较吻合，为进一步开展定量遥感研究提供了数据质量保障。

利用大气辐射传输模型和指数衰减点扩展函数，发展了一套适用于亚米级分辨率的全色卫星影像的大气校正方法，该方法充分考虑了大气参数（气溶胶、水汽、臭氧及其他吸收气体等参数）、空间分辨率、背景像元与目标像元的空间距离等对邻近效应的影响。结果表明，本文建立的大气校正方法能够有效去除大气及周围环境对卫星入瞳信号的影响，充分解决全色卫星影像中的邻近效应问题，全面提升了卫星影像的质量（清晰度至少提高了155%，对比度至少提高了115%，边缘能量至少提高了247%，细节能量至少提高了204%，调制传递函数至少增大了169%）。

针对搭载于环境减灾二号A/B（HJ-2A/B）卫星的偏振扫描大气校正仪（PSAC），详细分析了信号链路中各噪声项及其与信号的相关性，建立了信号-总噪声功率线性（S-TNPL）模型，通过实验测量获得了各通道的噪声功率只随信号变化的模型系数，以及与信号无关而与工作条件有关的本底噪声功率（截距）；使用在轨实测的本底噪声，建立了不依赖于均质性区域场景的在轨信噪比评估方法，并与星上漫射板法进行了对比验证。结果显示，利用S-TNPL模型与星上漫射板法获得的PSAC在轨信噪比评估结果的相对偏差为-0.62%~6.27%，具有较好的一致性，验证了所提在轨信噪比评估方法的合理性。该信噪比评估方法不仅能适应在轨辐射性能衰退的情况，同时能方便实现不同辐亮度条件下的信噪比转换，并可直接对任意单次观测结果的信噪比进行评估。该信噪比分析方法理论上同样适用于其他光学遥感器，可为其在轨信噪比评估提供参考。

针对卫星载荷大气校正仪分系统PSAC在陆地上空气溶胶反演领域的应用需求，基于最优化反演框架，引入信息量和后验误差分析方法，讨论了不同观测模式下气溶胶和地表参数的信号自由度（DFS）的观测角度依赖性，给出了气溶胶和地表参数的后验误差。在此基础上，分析了气溶胶和地表参数的DFS随光学厚度（AOD）和地表反射率的变化趋势。研究表明：1）不同的观测几何下，气溶胶参数总的DFS有很大差异，反演气溶胶参数的最优散射角范围是140°～180°；2）任意观测角度，细粒子为主的细模柱浓度v0f，粗粒子为主的气溶胶柱浓度v0f和v0c能被反演出来，谱分布部分参数以及折射指数部分参数在大散射角能被反演获得；3）对不同AOD和地表反射率下参数的DFS分析，偏振信息的增加有助于亮地表下气溶胶参数的反演，增加短波红外波段能提升在AOD高值条件下对地表参数的获取能力。

高分四号 (GF-4) 是我国第一颗高分辨率对地静止卫星, 地表反射率产品对于评估生态环境与减灾防灾具有重要价值。GF-4 大气校正算法对地表反射率进行估计, 迭代计算观测与计算表观反射率残差最小值得到气溶胶光学厚度, 并构建 6SV 查找表对地表反射率结果进行计算。在精度验证基础上, 考虑产品生产的高效率需求, 对计算复杂度高的步骤基于图形处理器 (GPU) 进行内核设计, 实现线程、寄存器等性能优化。研究结果表明, 基于 GPU 加速的大气校正算法在性能与能耗上具有较大优势, 一景 GF-4 PMS 的 10240×10240 像元数的影像数据, 相比顺序执行取得 57.3 的总体加速比, 而总体能耗仅为顺序执行的 15.5%。

大气对太阳辐射的吸收和散射会导致卫星影像的亮度和对比度降低,大气能见度越低、卫星空间分辨率越高,这种现象越明显,以至于低能见度条件下的亚米级空间分辨率光学卫星影像看起来非常模糊。基于辐射传输方程开发的自适应大气校正算法充分考虑了大气和目标物周围环境对卫星入瞳处目标辐亮度的影响,定量化描述了目标物周围像元的反射率与目标像元的反射率差异对邻近效应的影响。利用自适应大气校正算法对低大气能见度条件下的亚米级空间分辨率卫星影像进行大气校正,并且将其与常规图像处理结果进行对比。结果表明,利用自适应大气校正算法校正后的卫星影像质量得到了明显改善(清晰度提高了4.5275倍,对比度提高了44.61%,信息熵值提高了64.22%)。相对于常规图像处理方法在提升卫星图像质量时会带来噪声和过度增强的问题,自适应大气校正算法在提升卫星图像质量时不会带来噪声和过度增强问题。

基于6S大气辐射传输模型和中分辨率成像光谱仪(MODIS)上午星Terra的气溶胶光学厚度数据以及MODIS 双向反射分布函数(BRDF)模型参数产品(MCD43A1),对高分一号(GF-1)卫星宽视场相机(WFV)四个波段的大气层顶辐亮度图像进行大气校正,得到校正后的地表反射率图像。而后基于Brenner梯度算子和中频离散余弦变换两种方法统计校正前后图像的清晰度值,分析计算结果可得大气校正后图像清晰度值高于校正前图像的清晰度值,因此校正后图像的边缘纹理比校正前更清晰;基于阈值分割法原理进行信噪比评价,结果表明校正前后每一波段的信噪比随辐亮度呈递增关系,大气对短波波段的影响较大,而对长波波段的影响较小。