分析了改形Sagnac干涉仪的基本原理和其光程差的表达式,包括光线以45°角入射和以任意角度入射两种情形.根据目前大气风场探测的基本数据,分析计算了用于大气风场探测的改形Sagnac干涉仪的主要性能,包括系统透过率、系统的光通量、光谱分辨率以及探测器的响应率,说明改形Sagnac干涉仪具有良好的性能,可以用于大气风场探测.分析了时空混合调制型风场探测的探测模式,为新型大视场、高通量的大气风场探测仪器的设计提供了必要的理论依据.

研究了大气湍流情况下到达角起伏对激光外差探测系统干涉效率的影响.在实验室模拟大气湍流的条件下,分析检测了激光外差探测系统的干涉效率与信噪比,为提高激光外差探测系统的实用性能积累了一定的理论和实验数据.

从推广的惠更斯-菲涅尔原理出发,推导出了部分相干电磁光束的光谱在湍流介质中传输的表达式,并以电磁高斯-谢尔模型(EGSM)光束为例,研究了湍流对电磁高斯-谢尔模型光束光谱的影响.研究结果表明,在湍流介质中传输的部分相干电磁光束的光谱会随着折射率结构常数、空间相干长度、光斑大小的改变而变化.

为了获得城市边界层能量特征,于2004年7～8月分别在合肥、南京两地采集土壤温度数据,并分析获得两地的土壤热扩散率vg.由于数据采集存在差异,采用不同的处理方式分析数据:采用振幅变化法分析合肥地区水银地温温度计及计算机系统采集的数据,得到其深度15 cm以上土壤层的土壤热扩散率vg值为1.665×10-7～4.687×10-7 m2/s,vg值随深度加深而增加;利用热传导方程设计的差分格式分析合肥(铂电阻地温温度计-计算机采集系统采集数据)、南京浦口两地数据,结果表明合肥土壤深度10 cm处的vg值为2×10-7 m2/s,南京土壤深度5～20 cm之间的vg值为2.1×10-7～6.5×10-7 m2/s,其vg值随深度变化而变化,趋势与合肥一致.最后比较了合肥、南京两地土壤热扩散率vg值的差异,对同一土壤深度,南京地区的土壤热扩散率vg值略大于合肥地区.

L625紫外差分吸收(UV-DIAL)激光雷达主要用于18～45 km高度范围内平流层臭氧浓度垂直分布的长期监测.位于合肥郊区的这一台激光雷达自1996年8月全面建成并投入正常运行以来,进行了长期的连续观测,积累了大量宝贵资料.通过分析L625紫外差分吸收激光雷达在1998～2001年期间的平流层臭氧观测数据,得出了合肥上空平流层臭氧浓度垂直分布的特征:平均垂直浓度分布的峰值点高度为23.32 km,峰值点的臭氧浓度为4.43×1012cm-3,柱含量6.4×1018cm-2;臭氧浓度有明显的一年周期震荡,表现为季节变化:平流层中上层臭氧浓度夏季高冬季低;平流层下层臭氧浓度夏季低冬季高.平流层臭氧浓度峰值高度的变化特征为夏季高冬季低.

结合气象目标物的特性介绍了适用于气象雷达的脉冲压缩技术;选择巴克码作为脉压编码波形,能获得较高的距离分辨率和最大可能探测距离,能够实现降水的三维快速扫描,增加短驻留时间内的独立采样数.以13位巴克码为例,研究其频域特性及模糊图,采用时域综合法设计了一种新的副瓣抑制滤波器,能得到近50 dB的主副瓣比,较好地满足了气象雷达的要求,并给出了滤波器的仿真输出波形.

用开放式傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)遥测了2005年北京地区秋季和冬季空气中CH4的浓度变化,两周实验数据的分析得出了CH4浓度的日变化趋势,并分析了CH4浓度的周末效应.CH4浓度变化主要受湍流和光化学反应的影响.CH4浓度变化和气象参数,如风速、风向、温度、相对湿度的相关性分析表明风向和风速能影响CH4浓度.讨论了秋季和冬季CH4源的不同,分析表明源和风向是影响北京大气CH4含量的重要因素.

从Mie散射理论的公式分析中发现,大气气溶胶的消光和散射角有关.设计了一种共轴多角度探测系统,利用该系统研究了气溶胶的消光随角度变化呈现的特性.该系统在不同的散射角上,对气溶胶的消光系数进行测量,通过实验数据分析得出:前向散射角在30°～45°之间的气溶胶散射消光系数与散射光强成线性.

研究了用可视化程序设计语言编制软件进行目标辐射特性计算的问题.讨论了目标辐射特性数值计算的方法以及计算方法与计算速度的关系,解决了计算结果图形示意所面临的数据坐标动态标注难题.编制的软件界面友好,不仅能高精度计算出目标波段辐射出射度、光谱辐射出射度等以前须翻阅厚厚工具书才能计算的目标热辐射特性参数,而且有助于完成工具书难以起到帮助作用的优化设计工作,为设计出性能更加优越的光电探测系统提供了手段.

研究了基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的火焰CO2浓度检测方法,确定了TDLAS二次谐波检测在高温环境下的浓度反演方法,并在实验室通过静态吸收池进行了验证,为TDLAS遥测系统应用于工业燃烧测量打下了基础.

利用自行研制的空气动力学粒谱仪和颗粒物质量监测器振荡天平,于2006年2月在北京测量了大气气溶胶的粒子数密度与质量浓度.在对二者进行相关性分析的基础上,运用多元回归方法,得出了利用粒子数密度谱获取颗粒物(PMl0)质量浓度谱的经验公式,并对公式进行了实验验证.同时分析了北京市初春气溶胶的有关特征,以期对北京市大气污染总量控制方案及对策提供科学依据.

以NOAA16-AVHRR数据为数据源,使用分裂窗技术反演得到云类型信息.根据11 μm通道亮温图与分裂窗通道(11 μm和12μm通道)之间的亮温差值图构建二维直方图.通过选择合适的直方图阈值,保证了所反演的中纬度陆地上空云类型信息的有效性.根据大气垂直温度数据,分析11 μm通道亮温图,获得中纬度陆地上空云顶高度信息.通过相隔大约10 km的两台便携式全自动激光雷达(PAL)系统获得同步云信息数据.将卫星反演结果与PAL的双点观测结果进行比较,其结果显示出很好的一致性.

大气校正的精确度主要取决于气溶胶光学特性和漫射透过率等参数的精度.针对目前混浊水域上空气溶胶光学特性反演方法的缺点,给出了基于MODIS图像混浊水域上空气溶胶光学特性反演的新方法,论证了该方法的可行性,并给出了一组通过了验证的用来计算大气漫射透过率的参数.讨论了该技术用于海岸带混浊水域上空大气校正的可行性,可以为我国海洋和风云系列卫星资料的大气校正研究提供相关的技术基础.

理论上分析了金属表面的反射偏振特性,计算了不同偏振方位角的线偏振光45°入射镀铝反射镜后反射椭圆光的偏振参量,并进行了实验验证.模拟及实验结果表明:金属复折射率和入射角度一定的情况下,圆偏振度与入射线偏振光的振动方向有关,理论计算和实验测得的最大圆偏振度分别为:24.75%、12%,材料的复折射率不同是引起偏差的主要原因.

激光测高仪依靠回波信号包含的信息来反演地面目标的物理特性,因此必须保持回波信号的保真度和高信噪比.通过选择合适的探测器、设计与探测器匹配的放大电路、设计可以最大信噪比提取信号并保持滤波信号波形的滤波器来达到系统指标.讨论了激光测高仪前置放大电路的设计原则,分析了测高系统中对放大器选择的要求.实验表明,所设计的前置放大电路可以有效地满足设计要求.