大气的吸收和散射以及湍流效应是造成大气中长距离成像质量下降的主要原因,分析了导致图像恶化的大 气因素和大气调制传递函数(modulation transfer function, MTF)。由于准确获取大气MTF是以大气MTF的 图像复原技术研究为基础,较系统地总结了大气湍流和大气气溶胶的MTF理论结果,给出了 可能的应用思路。

为分析城市型气溶胶对其周边地区的影响,同时为华东地区大气参数的测量积累数据,利用空气动力学粒度 仪和碳黑度仪于2009年10月先后在合肥、岳西两地开展了实验测量。结果表明：两地气溶胶粒子的平均 谱分布服从对数正态分布,合肥地区气溶胶粒子模式直径约为0.710 μm,岳西地区约为0.683 μm。气溶胶粒 子数浓度的日变化和概率统计结果显示,两地气溶胶数浓度都有明显的日变化过程,其中合肥实验数 据中80%的结果分布在200～800/cm3范围内,岳西90%以上集中在100～450/cm3。两地气溶胶 在450 nm、550 nm和700 nm三波长下的吸收系数都有明显的日变化,只是合肥地区吸收系数的量级为10-5,而岳西为10-6。

利用天空背景测量设备测量了西北地区的天空背景亮度,给出了该地区典型时刻的全天空背 景亮度等值线分布,并进行了对应的背景光谱亮度比重分析；基于MODTRAN软件进行了对应时 刻的天空背景亮度模拟计算,进行了比对分析。分析结果表明：西北地区的背景光谱分布相 对于理论分布来说变化较缓,白天对空间目标观测采用窄带滤波能有效提高光电系统的探测 能力; MODTRAN软件模拟计算的天空背景亮度在偏离太阳方向与该地区实测数据基本吻合,随 着天顶角的减小误差也在减小,但在靠近太阳位置存在一定差距。

利用波面算法和差分像运动法对湍流强度廓线激光雷达采集的测量数据进行了处理,对两种不同数据 处理算法得到的大气相干长度结果进行了比对分析,结果发现波面法第三阶系数方差得到的大气相干长度精度较高。

含碳温室气体浓度增加而加剧的温室效应是气候变化的主要原因。在线监测陆地生态系统中 的CO2 气体浓度并分析CO2 通量,对了解局地气候及改善环境意义重大。设计了基于可调谐 半导体激光吸收光谱技术的开放式CO2 气体监测系统,于2010年4月在中国科学院封丘农业生态实 验站进行了小麦田间CO2 浓度的实时在线监测。连续监测结果表明:主要受植被光合作用的影响,田 间CO2 浓度具有明显的日变化规律,基本特点是白天浓度降低,夜间浓度升高。系统不需要气体采 样、监测范围广、灵敏度高、响应时间快、调校简单,为农田环境的CO2 浓度连续监测提供了有效的光学遥测方法。

燃烧场温度的测量对研究燃烧机理、提高燃烧效率、降低污染物排放等至关重要。利用水在1397.75 nm和1397.87 nm处两 条邻近的吸收线,采用波长扫描直接吸收法实现了单台二极管激光器对标定燃烧炉甲烷/空气预混火焰温度 的测量。并利用基于Labview语言的数据采集卡对信号进行采集和实时处理,从而能够实时在线地获得测量结 果,在温度1750 K时标准测量不确定度为2.3%。分析了火焰边界层对测量结果的影响,结果表明燃烧场非均匀 性对路径积分测量结果影响较大,且其测量结果不是路径积分算术平均值。

利用Nd:YAG脉冲激光器(波长:1064 nm)作为光源,在空气与Ar环境下激光诱导土壤等离子体,通过等离子 体原子发射光谱分析了环境气体对土壤激光诱导等离子发射光谱特性的影响。实验研究了土壤激光诱导等 离子体发射光谱时间演化特性,测定了土壤Cr元素的LIBS定标曲线。实验结果表明,环境Ar对土壤激光 诱导等离子体发射光谱具有显著的增强作用,增加等离子驻留时间,改善元素浓度与光谱线强度之间的线性 关系,提高土壤LIBS检测方法的灵敏度。

TracePro软件是一套用于光学系统设计与分析和照明系统设计与分析的光线追迹仿真软件,它是第一 套以ACIS solid modeling kernel为基本的光学软件。通过TracePro软件仿真了一个用于非分散红外 汽车尾气监测仪的光源准直系统和卡式球面镜收集系统,该系统可以在15 m宽机动车道上对 汽车排放尾气中HC, CO和CO2 污染物质的浓度进行监测。通过TracePro的分析,检查光 学设计中存在的缺陷与不足, 再对设计进行调整与修改,为后期的机械设计和装配调节提供参考数据。

植被覆盖度是植物群落覆盖地表状况的一个综合量化指标,是一个重要的生态气候参数。利用MODIS数据对比分析 了植被覆盖度常用的提取方法。基于2007年沈阳市的MODIS影像分别使用两种不同的模型(归一化植被指数和增强 型植被指数的像元二分模型;三波段梯度差法)提取了植被覆盖度信息,并利用时相相近的高分辨率Landsat TM影 像的提取结果对其进行了验证。研究结果表明:对MODIS数据而言,采用像元二分模型能较好地提取大区域范围的植被覆盖度信息。

基础研究表明大气微量气体成分的精确反演需要超高分辨率光谱数据,空间外差光谱技术是近年来得以迅速 发展的新型超光谱分析技术,综合了光栅及傅里叶变换光谱技术的特点。对空间外差光谱技术基本原理进行了分析,阐述了 空间外差干涉数据复原光谱信息流程。针对大气主要温室气体CO2 开展空间外差光谱技术在大气遥感探测 方面的应用研究,通过地基遥感观测实验,分析空间外差光谱系统的探测灵敏度,验证超光谱数据对大气微量气体浓度 变化检测能力。实验表明空间外差光谱技术在大气遥感探测尤其是微量气体成份探测中具有针对性和优越性。

介绍了CCD的工作原理和相关双采样的原理,设计了一种基于CPLD与CCD的数据采集系统。利用Verilog语言 编程产生CCD和AD9844的驱动时序,AD9844对CCD输出信号进行相关双采样并进行A/D转换,采集到的数据存 储至外部存储器。最后,用单片机实现与计算机的串口通信,完成将存储器中的数据传输至计算机。该系 统完成了光谱测量数据的快速采集、存储及数据处理,并进行了实验验证。结果表明,该系统具有电路结构简 单、成本低、程序修改方便等特点,在光谱分析领域具有一定的应用价值。

为了对已有光谱信号处理模块进行功能测试,设计了基于CS8900A的光谱数据传输系统,采用DSP和嵌入式以 太网技术实现,核心器件选用TI C2000系列TMS320LF2407A和Cirrus Logic公司以太网控制器CS8900A。详述了 系统方案设计及软硬件实现过程,测试结果显示系统可以实时、可靠地传输光谱数据,完成对光谱信号处理模 块的测试工作,具有很好的实际应用价值。