中间层顶-低热层区域是地球大气中重要的空间区域。基于剥洋葱算法及氧分子气辉光谱理论，利用迈克耳孙全球高分辨率热层成像干涉仪（MIGHTI）测量的O₂-A波段气辉辐射强度图像，反演得到海拔为92~140 km的大气温度廓线。首先，根据氧分子气辉光谱理论，结合MIGHTI仪器参数，计算了其各光谱通道信号强度随温度的变化关系；然后，利用剥洋葱算法提取各光谱通道的目标层信号强度，并结合信号强度与温度的函数关系，反演得到大气温度廓线；最后，通过与SABER卫星的观测结果及NRLMSIS-00大气模型的仿真数据的对比，验证了MIGHTI温度反演的可靠性与合理性。误差分析结果表明，MIGHTI的温度探测误差随高度增加而增大，在92 km处为1 K，在140 km处为13 K。

小行星表面温度是研究行星热物理特性的关键参数。 太阳系中小天体的轨道动力学研究具有多种实际应用, 包括预测行星体轨道和撞击产生的陨石坑率、 选择航天器合适的探测采样目标。 对于近地天体, 分析它们的轨道结构、 星体的轨道演化和未来的偏移轨迹等近地天体动力学特性具有重要意义。 中国即将发射“天问二号”, 对近地小行星2016HO3进行热辐射探测和风化层采样。 “天问二号”预计在不远的将来到达环绕2016HO3的轨道。 研究了一种温度-比辐射率分离算法, 用于从“欧西里斯-雷克斯”热辐射光谱仪(OTES)辐亮度数据中, 计算与小行星2016HO3热物理性质相近的行星“贝努”(Bennu)的表面温度。 温度-比辐射率分离算法融合了发射率归一化法(NEM)、 比值法(RAT)、 发射率最大最小值差法(MMD), 是目前精度较高的一种表面温度反演算法。 为了验证算法的准确性, 使用了CRISM光谱库的光谱数据, 通过改变目标的温度和算法使用波段, 来研究算法对二者的敏感性。 其中, 因为仪器波段限制等原因, 尚无使用波段对算法的误差推导。 研究结果表明: (1)设置温度范围为115~415 K, 步长5 K, 随着温度的增加, 反演温度的均方根误差增加, 而发射率的误差大致不变。 (2)样本温度为295 K, 算法使用的波段起点为7.5 μm, 采样间隔0.04 μm, 终点为10~13.8 μm, 步长0.2 μm。 发现波长范围在7.5~13.8 μm, 算法的MMD模块的精度最高。 使用算法求解行星“贝努”的表面温度, 结果表明: 在剔除了大太阳高度角和高纬像素的情况下, 算法计算的温度的误差平均值为-0.366 0 K, 误差的标准差为1.0393 K。

海洋温度和盐度是重要的海洋环境参数，对了解海洋性质、生物多样性具有重要作用。本文基于碘分子吸收池的边缘探测技术，将携带有温度信息的布里渊散射光分为三束，这三束光分别通过三个压强不同的碘分子吸收池，形成三个探测通道，得到两个信号的强度比值信息；之后利用迭代算法即可同时反演出被测区域的温度和盐度信息。采用探测器输出信号强度比值的形式能有效抑制激光器光强抖动带来的影响。为将测温误差控制在0.2 K以内，所提算法对探测器输出强度比值的随机抖动程度为1.3‰。本技术路线具有不受入射角影响、测量速度快、无需事先知晓盐度信息等优势，有望应用于机载、星载等移动平台上。

针对红外预警卫星探测波段遥感数据难以获取的问题, 研究了基于地表温度反演的红外预警卫星探测波段地球背景辐射仿真方法。采用了通用型单通道算法对FY-3/MERSI数据集进行地表温度反演, 得到了全球地表温度分布图。在此基础上, 构建了地表红外辐射模型, 充分考虑了海拔、大气模式、地表类型等因素对地表辐射的影响, 利用MATLAB与MODTRAN 进行联合编程完成每个像元对应的地表辐射计算, 实现了红外预警卫星探测波段地球背景辐射场景的图像生成。仿真结果表明: 仿真图像分辨率高, 能够准确反映红外预警卫星探测波段的地球背景辐射特性, 可为研究红外预警卫星作战效能评估和目标识别技术提供场景数据支撑。

仿真了氮气在温度为298 K,压强为20265.0~810600.0 Pa下的自发瑞利-布里渊散射光谱,利用仿真光谱研究了法布里-珀罗干涉仪的仪器函数线宽、散射角、气体体黏滞系数、压强参数误差,以及存在气溶胶时米散射干扰对气体温度反演结果的影响。仿真结果显示:在仪器函数线宽偏差≤5 MHz,散射角偏差≤0.2°,体黏滞系数偏差≤0.2×10 ^-5 kg·m ^-1·s ^-1,以及压强相对误差≤3%的条件下,单个参数偏差导致的温度反演的最大绝对误差为1.7 K。米散射的相对强度为0.3~2.5时,温度反演的误差通常低于2 K。此外,还开展了在温度为298 K,压强在70927.5~709275.0 Pa范围内的侧向90°的氮气自发瑞利-布里渊散射实验,经参数优化后,根据测量光谱对温度进行反演,结果表明:实验结果与仿真分析结论具有较好的一致性,在与仿真相同的参数误差条件下,实验获得的温度绝对误差小于1.2 K。该研究对实现不同压强条件下温度的高精度绝对探测及气体状态的准确分析具有一定的参考意义。

地基红外经纬仪是测量空间**和科学目标红外数据的重要手段之一。随着现代**技术在隐身上方面的快速发展, 面源体测量越显重要,而辐射亮度是面源红外作战的关键性指标。因此研究可靠的面积分析方法和辐射亮度计算方法对测试航空目标的隐身性能以及研制面源红外假目标具有重要的意义。本文提出一种简单可靠的面目标的提取方法,并利用该面源提取方法在某600 mm口径的红外经纬仪上进行辐射测量, 测量数据经大气修正后将与标准亮度值进行比较。实验结果表明, 利用本文提出的方法反演的辐射亮度的最大误差为1138%, 均方根误差为736%。

陆表温度（LST）在地-气相互作用过程中扮演着重要的角色， 是全球变化研究的关键参数。 陆表发射率是陆表温度反演的关键输入参数之一。 中红外谱区（3~5 μm）介于可见光-近红外谱区（038~25 μm）与热红外谱区（8~14 μm）之间， 地物的发射率在该谱区表现出独特的光谱特性， 可用于霜冻监测、 矿物成分分析等研究。 由于传感器在中红外谱区探测到的能量既有来自于地物自身发射的热辐射能量， 又有反射的太阳辐射能量， 这两部分的能量分离机理比较复杂， 因此中红外谱区发射率特性分析的相关文献较少。 本文针对单一均匀地表和具有混合像元的复杂地表计算了MODIS红外通道的有效发射率， 发现通道有效发射率在单一均匀地表下与温度的耦合效应不强烈； 但在复杂地表下， 通道有效发射率与混合像元内的成分比例以及成分的地表温度具有耦合效应。 在误差允许的范围内， 混合像元的有效发射率可以忽略成分地表温度的影响。 发射率误差对陆表温度反演精度的敏感性随着波长的变化而变化。 在热红外波段， 敏感性是其在中红外波段的2倍左右， 说明利用中红外波段进行陆表温度反演具有一定的优势。

随着无人机技术在各个领域崭露头角，无人机目标在红外波段的辐射特性成为人们非常关注的问题。本文首先对中、长波红外探测器进行辐射定标，针对飞行中的无人机目标的辐射特性进行测量，对飞行状态下的无人机目标的温度进行了反演，分别采用了单波段、双波段比色法、基于黑体校正的双波段法进行探测，结合实测数据对上述各种方法进行了分析对比，对测量结果进行了精度分析并给出误差源。结果表明，实验中的无人机中波辐射强度约为0.04 W/sr、长波辐射强度在0.5 W/sr左右，采用基于黑体校正的双波段测量方法能极大提高无人机目标温度反演的精度。反演温度的绝对误差降低至2 K，相对误差仅为0.5%左右。

针对基于光谱数据进行温度与发射率分离过程中存在的n个方程包含n+1个未知数这一欠定问题, 提出利用牛顿迭代法来实现材料表面真温及发射率的反演计算, 通过给定温度和发射率初值, 利用泰勒级数的线性项建立迭代公式, 通过迭代得到温度和发射率的近似解。 分别利用理论热辐射谱和腔黑体的实验数据进行验证, 结果表明, 任意给定温度和发射率初值均可获得与真实温度接近的计算温度值, 相对误差小于0.09。 发射率反演结果与真实发射率线形一致, 当温度和发射率初值越接近真实温度和发射率时, 发射率反演结果越精确。 该方法消除了发射率假定模型限制, 有望应用于高温及超高温下各种材料真实温度和光谱发射率研究。