云相机采用阈值法对观测目标区域进行在轨实时云识别。在云判算法中，辐射度量的准确性将会影响最终的反演结果。本文建立了云相机像元响应值与辐亮度之间的信息模型，针对云相机探测器各像元在入射光均匀一致时，输出响应值出现不相等的情况提出了改进措施。首先，根据云相机的信息模型分析了探测器像元响应值不同的原因，建立了云相机的相对辐射定标模型。然后，由于云相机视场角较大，大口径积分球辐射源出射光也难以一次性覆盖所有视场，在实验中设计了分视场测试的方式。最后，根据相对辐射定标模型和分视场测量方式，进行了云相机的相对辐射定标。实验结果表明：云相机对积分球成像结果校正前非均匀性为6%左右，经相对辐射定标校正后，在轨典型信噪比条件下非均匀性达到1.5%以内，低信噪比条件下达到3.25%。定标测试结果满足云相机设计的指标要求。

云相机用于对目标区域进行云识别和云覆盖率的判别,其采用阈值法进行云判。为满足云判的准确性,确定探测器响应值与辐亮度之间的关系尤为重要。以云相机采用的基于拜耳阵列的面阵彩色CCD相机为研究对象,分析其成像过程,发现其红(R)、绿(G)、蓝(B)通道的辐射响应光谱存在重叠;以此为基础,建立了多通道CCD探测器辐射响应定标模型。针对云相机使用的R和B通道,使用747 nm LED和443 nm LED作为积分球的光源,设置光谱辐亮度的最小值、典型值、最大值,在单光源条件下进行云相机的绝对辐射响应定标实验以确定相应的绝对辐射响应系数,在双光源条件下验证了提出的辐射响应定标模型的正确性。该方法消除了探测器响应混叠带来的定标不确定性,有效提高了绝对辐射定标的准确度。

耀光是太阳光入射到海面上由海面镜面反射而成,其较高的辐射强度会造成传感器像元饱和,使得海面目标轮廓淹没在耀光中,对目标探测造成影响。基于耀光的偏振时域特性,提出一种耀光抑制方法。该方法利用实时偏振成像系统对有耀光的海面进行实时偏振测量,同时获取0°、45°、90°三个偏振方向的偏振视频图像信息;根据不同偏振方向视频对应帧图像计算Stokes矢量,生成空间域耀光抑制偏振辐射图序列。对生成的图像序列进行时域融合,从而抑制耀光。搭建水面实时偏振成像观测实验平台,开展耀光背景下水面目标的探测实验。实验结果表明:对比普通线偏振图像,所提方法获得的耀光抑制图像信杂比提升显著,耀光抑制效果明显,图像中海面目标显著性得到有效增强。

为了避免常用的天空光偏振模式测量仪器中鱼眼镜头所引起的图像边缘区域扭曲的缺点, 采用手机相机和线性偏振片相结合的方法, 进行了理论分析和实际验证, 得到了大气偏振模式的分布情况和中性点位置的数据。结果表明, 实际测量的中性点区域与理论仿真的结果间高度角的偏差为2.4°±2.6°,方位角的偏差为1.4°±0.8°, 证明了测量方法的可行性, 随着天空中云层的增加, 天空光偏振分布图像会发生扭曲, 但仍然可以确定中性点位置, 为天空光偏振仿生导航提供了参考。该研究可用来确定太阳位置、实现自身定向及导航定位, 并且具有易操作、便携等优点, 在一定程度上降低了天空光偏振仿生导航的成本, 提高了民用价值。

空间外差光谱技术凭借超高光谱分辨率、 高通量、 瞬态探测、 无运动部件等优势, 在星际暗物质及大气微量气体成分等微弱光谱信号检测方面得到广泛应用。 为了探索一种基于空间外差光谱技术实现物质拉曼光谱(RS)快速、 直接检测的可行性, 选择三叶草作为测量对象, 使用一体化HEP-765-S空间外差光谱系统作为拉曼特征光谱探测器, 配合特定波长激光器搭建系统, 开展拉曼特征光谱直接测量实验。 首先使用Gaussview6.0构建三叶草所含主要色素: 叶绿素a、 叶绿素b、 α-胡萝卜素和β-胡萝卜素的分子结构, 然后利用Gaussian16获取优化的仿真RS, 分析四种色素最强拉曼谱峰的波段范围, 确定四种成分的强信号特征波段为1 537～1 800 cm-1。 根据激发光源与拉曼位移的理论关系, 结合探测系统759～769 nm的检测波段范围, 计算出用波长680 nm的激光器作为光源激发拉曼信号, 可保证四种色素强特征拉曼信号正好落在探测范围, 且可避开光源瑞利散射光及荧光干扰的影响。 最终购置中心波长为680.28 nm的激光器与HEP-765-S空间外差光谱系统搭配开展三叶草强峰拉曼信号的直接检测实验。 实验结果表明: 搭建系统能够实现三叶草RS的直接测量, 但是所测拉曼信号强度偏弱, 这主要是两方面原因造成: (1)由于所用激光器的输出功率峰值偏小, 约为130 mW； (2)所用HEP-765-S空间外差光谱系统为一体化设计仪器, 软硬件系统及参数固化后不能进行调整, 仪器数据采集的最大积分时间偏小, 设定值为832 ms。 光源功率不够大且仪器积分时间小共同导致采集信号偏弱。 通过与仿真光谱比较, 实测光谱在使用空间外差系统探测波段与三叶草叶片内四种主要色素拉曼信号叠加的包络基本一致, 中央主峰与两端次峰都符合较好, 实测光谱与仿真光谱具有较好一致性, 说明采用空间外差系统对物质拉曼信号进行快速、 直接检测具有可行性。

废弃的药物化合物处理不当最终会进入环境成为污染物, 存在于天然水饮用水和城市废水中。 医院污水中含有低浓度的药物, 当这些药物进入环境会成为污染物, 进而严重污染自然生态系统。 吲哚美辛一种广泛使用的非甾体抗炎药, 其不易溶于水, 使得污水中的药物降解成为一项挑战。 为研究在外电场(EEF)作用下, 吲哚美辛分子结构和光谱的变化, 选用密度泛函理论(DFT)以及6-31+G(d, p)基组, 沿Y轴(N15-C16)方向施以EEF(0～0.025 a.u.)并优化吲哚美辛分子的基态几何构型, 探究了分子总能量、 键长、 红外光谱(IR)、 偶极矩（DM）和HOMO-LUMO能隙。 结果显示, 无EEF时, 吲哚美辛分子中C2与C17间的单键优化成了苯环间的双键, 就使得C16与C17的π电子还有N15的孤立电子与苯环形成牢固的共轭体系, 使吲哚美辛分子能量降到最低, 形成最稳定的构型。 DM随着EEF的增强缓慢增加, 当F≥0.015a.u.时增速变大, 基态总能量的变化则与此相反。 随着EEF的增强, 各个键长的伸缩变化不同。 C3-C4, C3-N15, C5-C6, O10-C11和N15-C16的键被拉长, 尤其是O10-C11, C3-N15和N15-C16键长变化剧烈, 最易断裂进而使吲哚美辛分解。 当EEF变大, 能隙不断降低, 表明在EEF下吲哚美辛分子的电子易过渡到高能级, 使分子处于激发态。 吲哚美辛分子中不同化学键的振动产生的IR, 相应地出现了不同的频谱移动, 这主要与能级有关, 能级差减小, 频率减小, 导致红移（RS）, 反之则产生蓝移（BS）; C16-C18与N15-C40键长变化ΔR与频移变化Δf的对应关系表明频谱移动还与分子轨道配置和偶极矩的变化等因素有关。 较强的4, 5, 6, 7吸收峰发生RS且振动强度增强, 说明对应的化学键变得脆弱进而断裂。 这些现象皆说明吲哚美辛分子随着EEF的增强, 变得不稳定, 易发生解离。 分析EEF下物质的分子结构和IR, 可以电场解离方法研究降解吲哚美辛, 以便为污水中的顽固药物降解提供理论指导。

为将低等级探测器应用于宇航等高可靠性应用环境，对探测器进行可靠性环境试验考核至关重要。本文提出了一种探测器的热真空实验方法，对多种型号星载探测器进行热真空环境考核试验，通过对比热真空环境试验前后探测器的相对光谱响应率、暗电流、制冷器驱动电流、探测器制冷特性等参数的变化，分析各型号探测器热真空环境的适应性，从而在早期暴露可能存在质量及其他缺陷的产品，筛选出性能最优产品用于宇航产品。试验结果表明，参试的探测器在热真空环境试验考核和筛选之后的各项性能指标满足设计要求，具有很好的可靠性，可以满足航天载荷应用需求。

隧道能见度与行车安全有重要关系，对隧道能见度进行实时监测可以为隧道通风换气提供有力依据。基于透射法能见度检测原理，设计并搭建了一套能见度检测系统用于隧道能见度的自动检测。检测系统主要由激光二极管、分束器、硅探测器和信号处理单元等部分构成。采用高响应度硅探测器并设计了跨阻抗放大电路以满足在低能见度下测量需求。两硅探测器分别检测经光学路径衰减前后的光强并输出对应的光电流，信号处理电路对探测器两路输出进行放大滤波和A/D 转换后，反演出消光系数。使用固定透过率滤光片模拟隧道环境，在实验室环境下对该检测系统性能指标进行测试。实验结果表明：消光系数测量范围3.37 km-1～118.82 km-1，最大相对测量误差为8.4%，稳定性优于0.12 km-1。

提出了一种棱镜型空间外差光谱技术设计方案。该技术将传统空间外差光谱仪中的衍射光栅替换为色散棱镜和平面反射镜,分析系统轴上光路,给出了元件参数之间的匹配关系。利用仿真软件对干涉图进行理论仿真,并分析了色散棱镜的折射率和顶角角度对光谱分辨率的影响。设计并搭建了棱镜型空间外差光谱技术验证平台,采用635 nm和650 nm波长的光源初步验证了实验平台的可行性。实验结果表明:在色散棱镜采用BK7玻璃(650 nm波长下折射率为1.51452)和顶角角度设置为30°的条件下,得到的光谱分辨率为1.07 nm,通过仿真计算可以得到光线的能量利用率为94.43%。实验结果与理论仿真基本一致,验证了设计方法的可行性与科学性,为空间外差光谱技术的研究提供了一个新思路。另外,通过选用更高折射率的色散棱镜和增大顶角角度等手段,还可以进一步提高光谱分辨率。