光电设备中, 红外通道窗口会因结霜、起雾等原因而导致成像模糊, 从而影响设备的使用, 为解决这一问题, 在研究分析了光电设备红外通道窗口加热技术的基础上, 给出了在高阻硅基底材料上镀制导电的金属栅条进行加热的解决方法, 并开展了试验验证。加热功能、性能、安全性、环境适应性等试验结果表明, 该方法可有效解决红外通道窗口结霜起雾的问题。

搭载于我国第二代极轨气象卫星风云三号A星(FY-3A)上的中分辨率光谱成像仪(MERSI),肩负着获取全球图像和辐射资料的作用。然而,太空环境影响等因素,导致短波红外通道发生在轨增益突跳现象,大大限制了数据的定量应用。通过对冷空、星上定标器和黑体等MERSI星上观测目标的分析,选择冷空作为增益突跳识别的指征目标。提出自动识别、增益归档和档位归一化方法,采用日识别和天内精检测的方法获取增益突跳时空信息,采用分类统计突跳数据的方法获取突跳的在轨增益档位,并利用星上定标源目标和对地观测图像进行归一化效果验证,实现了对1.64 μm和2.13 μm两通道整个生命期91次和18次突跳事件的精确定位,获得了8个在轨增益档位和全部突跳事件的档位信息,并得到了理想的归一化效果验证。研究结果同样显示,增益突跳事件大多发生在对地目标扫描过程,而且每个探元增益突跳的时间不尽相同。由于地球目标的复杂性,基于物理方法很难实现对突跳帧图像的归一。该研究成果不仅有助于FY-3A MERSI图像质量的提升,而且对历史数据再处理也有重要支撑作用。

为全面分析杂散光对红外系统成像质量的影响, 设计了可见波段0.4 μm~0.7 μm、红外波段3 μm~5 μm, 视场角均为2.27°×2.27°的共孔径成像光学系统。分析了杂散光来源, 分别研究了带内与带外杂散光对其红外通道成像质量的影响。对于带内杂散光, 设计了消杂光结构, 采用FRED软件模拟分析了带内杂光抑制能力, 结果表明: 带内杂散光得到较好抑制, 其鬼像影响可忽略不计, 太阳杂散光抑制水平PST达到设定的10-8阈值量级。对于带外杂散光, 主要研究了1.064 μm和2.6 μm两个波长带外激光对红外成像系统的影响, 并利用有限元仿真计算, 结果表明: 系统反射镜温升达到703 K时, 向外发出较强带内红外辐射, 到达像面的辐射功率为0.195 mW, 可对红外成像面造成强烈噪声干扰。

快速辐射传输模式利用光学厚度预报因子与卫星通道光谱特征系数可实现通道透过率的快速计算, 并达到与逐线积分模式相当的正演精度.针对FY-4 AGRI的6个红外通道, 分别建立了基于RTTOVv7、v8、v9和CRTMv21(以下简称四种模式)光学厚度预报因子的快速正演算子, 与逐线积分模式的结果对比, 分析了四种快速正演算子中均匀混合气体、水汽线吸收和水汽连续吸收预报因子对正演误差的影响.分析表明, 四种快速正演模式计算通道亮温与逐线模式结果相比, 在温度探测通道的最大标准差要小于0.6K.v9模式在水汽和温度通道的正演误差远小于其他三个模式; 四个模式在窗区通道的误差基本相当. v9模式预报因子中, 引入实时大气与参考大气的整层离差减小了均匀混合气体光学厚度的正演误差.

针对FY-3A/VIRR传感器定标精度有限、且场地定标机会有限的问题,介绍了利用高精度的TERRA/MODIS 31通道对FY-3A/VIRR 红外4通道进行绝对交叉定标的方法。 选用2013年1月、3月和9月的卫星数据进行了交叉定标计算,并对交叉定标结果进行验证。结果表明,VIRR利用交叉定标系数计算的通道亮温与MODIS匹配 点处的实测结果具有很好的一致性,绝大多数的亮温偏差在1 K以内。对不同月份交叉定标结果进行的验证表明,交叉定标系数具有普遍适用性。

基于风云-3C/可见光红外扫描辐射计(FY-3/CVIRR)的中红外通道(3.7 μm)的太阳污染现象和发生规律,分析了太阳污染出现的时空特征,提出了初步判识并修正北半球太阳污染数据的方法,并就太阳污染对定标系数和黑体亮温的影响做了定量的评估.结果表明,对于FY-3C/VIRR的中红外通道,太阳光线照射到定标黑体时所形成的北半球高纬度太阳污染主要出现在太阳天顶角在85°~118°之间的位置时;由太阳污染导致的该区域地球观测亮温日平均偏差为4.5 K左右,最大偏差达到15 K左右.通过对逐日太阳污染数据进行识别,并采用污染前后定标系数进行线性求差值,可以初步修正太阳污染对定标系数带来的异常影响.

为了了解不同卫星平台上类似仪器探测结果的差异,分析对比了2005年8月27日至9月3日“艾利”台风期 间, 风云二号C星(FY-2C) 自旋扫描辐射器(VISSR)与热带测雨卫星(TRMM)可见光及红外扫描仪(VIRS)中红外和远红 外探测结果差异。研究结果表明,70%以上的VISSR和VIRS红外辐射亮温差小于5 K;晴空状况下VIRS较VISSR红外 通道平均亮温偏低幅度小于1.5 K;有云情况下远红外通道VIRS比VISSR相应通道亮温平均偏高幅度也 小于1.5 K,但中红外通道VIRS与VISSR的亮温差异较大,且随着云顶的升高,差异也增大。

介绍了利用高精度的TERRA/MODIS观测资料对FY-2E红外窗区和水汽吸收通道进行绝对交叉定标的方法，并选用2010年5、7和12三个月的卫星数据进行了交叉定标计算。结果表明，交叉定标系数计算亮温与MODIS匹配点处实测结果非常接近，约90%的亮温偏差小于1K，其中高温区结果更稳定，偏差小于低温区，这主要是由于低温区杂散光影响显著造成的。总的说来，借助TERRA/MODIS可以实现对FY-2E/VISSR的高频次高精度的绝对定标，为FY-2E在轨替代定标提供重要的方法基础.

FY-3A中分辨率光谱成像仪(MERSI)红外通道采取40探元跨轨并行扫描方式，针对其辐射定标要比传统单元探测器的辐射定标复杂的问题，研究了MERSI红外通道的多探元辐射定标方法。首先，基于星上黑体观测进行逐探元的辐射定标处理，消除探元辐射响应差异条纹；然后，利用各探元与基准探元光谱响应对不同温度黑体光谱辐亮度建立比值关系，基于其随着辐亮度呈非线性变化的关系，对逐探元定标后图像进行探元光谱差异的辐亮度归一化补偿，从辐射机理上最大限度地消除图像条纹，实现了多探元观测目标辐射信号的光谱响应差异归一化。为了验证MERSI红外通道辐射定标精度，文中还利用同时过星下点观测(SNO)交叉定标方法，将MERSI定标结果与美国Terra中分辨率成像光谱仪(MODIS)定标结果进行比对，结果显示，相对于后者,MERSI的红外通道亮温高1 K左右，认为这可能与两者的通道带宽不同有关。

沙尘气溶胶通过改变地-气系统的热红外辐射传输可引起地表温度遥感探测结果发生变化.较系统地研究了冬 季和夏季沙尘气溶胶光学厚度(AOD)变化对热红外分裂窗通道亮温(BT)和地表反演温度(LST)的影响, 以及反演结 果受大气水汽和地表因素的作用.红外辐射传输模拟计算表明:1) 沙尘气溶胶影响下, 热红外分裂窗通道亮温差小于 零; 2)随AOD增大, BT和LST都减小, 其中LST减小的速度大于BT;3)不同水汽含量下LST变化不明显;4)当AOD 较大时, LST主要反映沙尘层的温度信息.模拟结果与中国北方典型沙尘实例分析结果有较好的一致性.