通过改装多旋翼无人机 (UAV ) 和搭载各类载荷以及联合地基观测设备对大柴旦地区大气、环境以及气溶胶参数进行测量。利用获得的数据资料,对该地区近地层气溶胶粒子数浓度(即单位体积空气中气溶胶粒子的数目)、消光系数以及气象要素等特征进行了分析。结果表明,在大柴旦地区,近地层气溶胶粒子数浓度日变化显著,呈现双峰形态,气溶胶粒子数浓度的变化范围为75~220 cm ^-3,消光系数的变化范围为0.004~0.038 km ^-1;当风速小于6 m/s时,气溶胶粒子数浓度与风速呈负相关关系;当风速大于6 m/s时,二者呈正相关关系;相对湿度对气溶胶粒子的影响较小,这可能是由于该地区以沙尘型气溶胶为主,吸湿性较弱。本研究基于多旋翼无人机探测平台,可以有效地获得近地层精细化大气、环境结构,有助于研究人员了解该地区气溶胶的结构、变化特征以及建立气溶胶模式,同时也为气溶胶及大气环境参数探测方法提供了技术支撑及思路拓展。

为了提高近地层紫外通信系统性能, 研究具有轻量化、低成本、集成化以及高可靠度的收/发一体光学系统技术是关键问题之一。从设计近地层紫外通信收/发一体光学系统的角度出发, 首先简要介绍近地层紫外通信系统组成及工作原理, 然后着重分析论述近地层紫外通信收/发一体光学系统结构、材料以及装调技术, 最后在概述紫外通信光学系统国内外研究情况的基础上对近地层紫外通信收/发一体光学系统技术发展趋势进行了展望, 对近地层紫外通信收/发一体光学系统进一步研究具有一定的理论指导作用和意义。

基于Monin-Obukhov相似性理论, 采用MARIAH算法, 利用成都和茂名两个地区、两个高度层上的温度、湿度、风速等常规气象参数估算折射率结构常数, 并对估算值与温度脉动仪测量值进行比较分析。结果显示: 利用常规气象参数估算得到的成都与茂名的折射率结构常数在变化趋势及量级上基本符合温度脉动仪测量值。成都和茂名的折射率结构常数估算值与测量值的相关系数分别为0.86与0.92, 平均绝对值偏差分别为0.410与0.414。因此, 采用MARIAH算法估算陆地和近海面大气光学折射率结构常数是可行的; 茂名中午时刻的折射率结构常数峰值比成都大一个量级。

针对紫外通信接收光学系统的特点和发展趋势，在共轴三反光学系统的基础上，提出了一种离轴三反紫外光学系统的设计方法，利用ZEMAX软件进行优化。设计出了一个焦距为998.192 mm、视场角不小于4°、F数为4的离轴三反光学系统。在50 lp/mm空间频率处传函达到0.4以上，接近衍射极限，全视场弥散斑控制在5 μm以内，同时克服了共轴三反存在的中心遮挡问题，提高了系统的像质。该系统设计满足相应技术要求，对紫外通信系统的成功研制具有重要作用和意义。

发射光学系统对近地层紫外通信系统的性能提高具有重要作用, 为此设计一种适用于近地层紫外通信的发射光学系统。通过分析、比较, 该系统采用卡塞格林结构形式, 主镜为抛物面, 次镜为双曲面, 在中紫外265 nm～270 nm、环境温度-60℃～60℃下工作。经过优化设计, 结果为: 系统焦距450 mm, 系统总长200 mm, 发射角2°, MTF值大于0.31, 工作温度稳定性良好。

针对当前紫外光通信中存在的问题和不足，分析了紫外光通信系统基本组成原理和特点，探讨了紫外大气传输特性、直视与非直视紫外通信距离方程理论、调制与解调、高性能紫外探测器、紫外光信号检测、紫外光学材料及系统等主要关键技术，并研究了国内外发展现状，提出了未来紫外光通信研究方向。

作用距离是紫外探测系统的核心指标之一，也是设计者和使用者最为关心的指标，研究紫外探测系统的作用距离估算具有重要的现实意义。在阐述紫外探测系统的组成与工作原理的基础上，建立了基于对比度探测系统的紫外作用距离模型，实例验证了该作用距离模型的可行性，并分析了紫外辐射特性、近地层紫外大气传输和紫外探测器件对作用距离的影响。对于紫外目标探测系统技术的发展与深入研究具有一定的理论指导作用。

估算陆地近地层光学湍流通常需要利用两层不同高度的气象观测,而常规气象观测通常只有一层。为了利用单层常规气 象观测估算陆地近地层光学湍流,通过采用Shapiro给出的利用常规气象要素估算地面太阳辐射的经验模型,以及美 国陆军统一土壤分类方案,基于地面能量平衡,建立一个陆地近地层光学湍流估算模型。首先通过数值求解土壤热 传导方程估算土壤温度,再基于地面能量平衡估算地面温度、基于强迫恢复方法估算地面湿度；最后,将估算的 地面温度和湿度看作是粗糙度高度的温度与湿度,结合常规单层气象观测数据,估算光学湍流强度。实例计算表明: 该方法估算的光学湍流强度整体上与利用两层气象观测估算的光学湍流强度基本一致。

利用数值天气预报模式预报产品开展了不同季节海面光学湍流数值预报研究，发现：南北纬30°之间海域海面光学湍流强度和大气相干长度季节变化较小，南北纬30°以外高纬度海域海面光学湍流强度和大气相干长度季节变化显著，夏半球光学湍流强度相对较弱、大气相干长度相对较大，冬半球光学湍流强度相对较强、大气相干长度相对较小。全球大部分海域，10．6μm光波10m高度光学湍流强度大于10^－15m^－2／3，0．55μm光波10m高度光学湍流强度小于10^－15m^－2／3。若沿海面10m高度水平传播10km，全球大部分海域，10．6μm光波大气相干长度大于60cm，0．55μm光波大气相干长度小于6cm。利用两个不同数值天气预报模式同期产品制作的海面光学湍流强度预报全球海域分布特征相似，但模式水平分辨率越高，预报的海面光学湍流强度的水平分布特征越清晰。

运用Bulk方法对东南沿海和合肥一水库附近的折射率结构常数进行了估算,为避免海边海盐对金属丝的污染,用高精度超声风速仪替代温度脉动仪测量折射率结构常数.模式主要输入的参数有气温、地表面温度、湿度、风速及测量点高度.结果表明:运用Bulk方法估算折射率结构常数是可行的,相似性函数分别采用Frederickson公式与Thiermann公式,差别不大;直接测量海面上折射率结构常数比较困难,通过输入海表面温度、海面上的粗糙度长度以及适合的相似性函数,可用于估算海面上的折射率结构常数.