气溶胶在大气辐射收支平衡、气候变化、降水、云的形成以及环境污染方面扮演着重要的角色。为了实现对气溶胶光学参数的大范围、高精度、定量化测量，2019年3月使用大气环境星气溶胶碳探测激光雷达（ACDL）的机载缩比系统（Air-ACDL）在中国山海关地区开展了机载观测试验。试验完成了不同污染天气、不同高度以及不同地表类型下的多架次观测。将六天飞行试验得到的机载高光谱激光雷达（HSRL）测量的气溶胶光学深度（AOD）分别与地面站点的太阳光度计和卫星遥感数据进行对比分析，其相关系数R均达到0.90以上，其样本数量分别为86与2200。基于机载HSRL的观测数据，提出了适用于Air-ACDL的气溶胶分类方法，并对山海关地区的气溶胶进行了分类研究。使用后向轨迹传输模型、云气溶胶激光雷达和红外探路卫星观测（CALIPSO）气溶胶分类结果，以及Aura卫星臭氧监测仪（OMI）传感器等数据验证Air-ACDL测量的气溶胶分类的可靠性。多架次Air-ACDL观测结果表明：相比于传统激光雷达气溶胶分类方法，基于Air-ACDL的气溶胶分类方法能够对气溶胶进行更加准确的分类；山海关地区地理位置特殊，观测期间，当地气溶胶除由本地供暖等活动产生的城市气溶胶之外，还有受大气传输影响来自内蒙古地区的沙尘气溶胶，以及来自东南渤海地区的海洋气溶胶。

大气颗粒物是最重要的空气污染物之一，会对人类健康产生负面影响。激光雷达探测是实现颗粒物分布高精度测量的可行手段。气溶胶消光系数在一定程度上能反映气溶胶质量浓度的相对大小，气象要素对消光系数和质量浓度的影响不容忽视。本团队利用反演得到的消光系数，结合地面温度、相对湿度、风速、地面气压等地面气象要素，与PM_2.5、PM₁₀质量浓度建立数据集；通过主成分分析法计算数据特征，基于广义回归神经网络(GRNN)对PM_2.5、PM₁₀质量浓度建立评估模型。GRNN模型得到的PM_2.5和PM₁₀质量浓度的评估值与真实值的相关系数分别为0.86和0.85，均方根误差(RMSE)分别为2.58 μg/m³和10.84 μg/m³，平均绝对误差(MAE)分别为0.81 μg/m³和1.53 μg/m³。将GRNN模型应用于激光雷达扫描模式下，对南京市浦口区颗粒物质量浓度的水平分布进行了评估，评估值和实际站点测量值的一致性较好，进一步验证了GRNN模型用于颗粒物质量浓度评估的有效性。

为实现对气溶胶光学参数的大范围、高精度、定量化探测,使用一套基于碘分子滤波器的机载高光谱分辨率激光雷达(HSRL)系统开展飞行实验,同时在地面设置辅助验证观测站。实验研究了秦皇岛地区的气溶胶变化趋势、不同下垫面类型下的气溶胶分布以及秦皇岛气溶胶光学厚度(AOD)的高值地区,并将HSRL系统反演的AOD数据与地面站点的太阳光度计和卫星遥感器测得的数据进行对比分析,三者相关性优于0.95。结合地面气象数据和机载观测数据,对不同飞行天次下秦皇岛地区的污染物来源以及城镇、山地、海洋等不同下垫面类型下的气溶胶光学参数分布特征进行分析,包括气溶胶后向散射系数、气溶胶消光系数、雷达比、色比和退偏比。结果表明:城镇地区的大气低层中以生物质燃烧和工业产生的气溶胶为主,海洋地区大气低层中以污染型海洋气溶胶为主,山地地区大气低层中的粒子尺寸较大,以污染型沙尘粒子为主。

高光谱分辨率激光雷达能够在无需假设激光雷达比的情况下,实现气溶胶光学参数的高精度定量观测。研制了一台用于气溶胶光学特性观测的机载高光谱分辨率激光雷达,并将其用于机载观测试验。针对气溶胶光学参数反演算法进行相应改进,选取不同飞行区域和不同飞行架次的试验数据进行反演,结合太阳光度计、大气污染物输送扩散轨迹模型HYSPLIT和卫星数据等对气溶胶特性进行分析。分析结果表明,不同区域的气溶胶光学参数有明显差异:在城镇、工厂等人类活动频繁的区域,气溶胶的消光系数最高超过1.2 km -1,激光雷达比随高度变化较大,最大可达60 sr,0~3 km高度层的气溶胶光学厚度集中在0.7~1;山区和海洋区域气溶胶的消光系数集中在0.2~0.8 km -1,激光雷达比随高度变化较小,数值集中在5~30 sr,0~3 km高度层的气溶胶光学厚度集中在0.3~0.7。气溶胶的分布受风、天气、污染过程等气象条件的影响,不同日期同一区域的气溶胶光学特性也受大气污染物输送扩散等因素的影响。

针对观看自由立体显示器存在人眼焦点调节和集合不一致的根本生理问题, 及观看时间稍长将引起立体观看视疲劳, 甚至危害视觉健康的问题。提出了一种对自由立体显示器视疲劳程度进行预测的方法, 由三个不同的立体观看视疲劳参数--视差值、视频帧率和串扰度组合得到27段立体测试视频, 让观看者观看这些视频得到主观评价数据, 采用多元线性回归的统计方法处理评价数据确定了自由立体显示器视疲劳的多元线性回归模型, 并根据此模型对待评估立体视频的视疲劳程度进行有效预测。这种方法避免了反复的主客观评价对视觉系统的危害, 减少主客观评价信息收集的复杂性。最重要的是, 该模型能快速预测自由立体显示器视疲劳程度。

利用中分辨率成像光谱仪地表反射率产品和欧洲中期天气预报中心的气溶胶光学厚度产品,分析了全球地表反射率及气溶胶光学厚度的分布特征,分析了地表反射率及气溶胶光学厚度对星载路径积分差分吸收激光雷达系统回波功率、探测器输出信噪比、相对随机误差的影响。结果表明:在给定的系统参数下,得到的单脉冲回波功率范围为0.299~321 nW,对探测器动态范围的要求较高;单脉冲回波探测器输出信噪比在13.6 dB以上,累计148次(陆地)/296次(海洋)脉冲的探测器输出信噪比在26 dB以上;相对随机误差高值区出现在撒哈拉沙漠及阿拉伯半岛附近海域,最大相对随机误差达到了0.22%(0.88×10 -6)。

针对自由立体显示器视疲劳的问题，对交叉视差及观看时间影响视觉舒适度的问题进行了分析和研究。实验选取具有交叉视差的图片和视频，观察者采用主观评价和客观评价相结合的方法，对其观看舒适度进行评价。结果表明具有交叉视差的图片和视频，其观看舒适度都随时间的增加而减弱，图片的观看时间应在23min以内，视频的观看时间应在17min以内，此时观看较为舒适。持续观看具有交叉视差的图片和视频会引起视疲劳，应控制其观看时间。

采用稳态相位法研究了正折射率材料/各向异性特异材料/金属三明治结构反射波的Goos-Hanchen(GH)位移.分别给出了在第一界面处发生全反射和部分反射情况下GH位移的解析表达式，并分析了含有4种不同类型特异材料三明治结构反射波产生GH位移的条件及GH位移的正负情况.通过数值计算系统研究了各向异性特异材料的光轴与界面的夹角α、入射角φ以及特异材料厚度d对GH位移的影响，计算结果与理论分析有很好的吻合.通过对特异材料结构中GH位移的研究，将有利于特异材料在微波或光学系统中的应用.

从莫尔偏折技术(MDT)测量镜片屈光度的原理出发,给出了镜片屈光度与莫尔条纹倾角的关系式。进行了实验采集,获取了MDT 实测镜片屈光度的莫尔条纹图。然后,基于莫尔条纹图像的特点,采用合适的图像处理算法对实测镜片的莫尔条纹图进行了灰度均匀化、降噪、图像增强、细化等一系列的数字图像处理操作,得到了镜片测量中莫尔条纹图形的清晰轮廓线。最后,给出了不同镜片屈光度的MDT 测量结果,并与焦度计的测量结果进行了比较。结果表明,莫尔偏折技术结合数字图像处理用于测量镜片的屈光度时,具有很高的测量精度。

本文从莫尔偏折技术的基本原理出发,结合镜片屈光度的概念,分别从泰伯效应与光栅遮光阴影原理相结合以及菲涅耳-基尔霍夫理论的角度推导了变形后的莫尔条纹倾角与被测镜片屈光度的关系。两种方法推算结果是一致的,即:镜片的屈光度与透过镜片后产生的莫尔条纹的倾角的正切成正比。对影响镜片屈光度测量误差的几个参量进行了讨论,理论分析表明,选用合适的光栅周期,设定合理的两光栅间夹角,莫尔偏折技术用于测量低屈光度及中高屈光度的镜片具有很高的测量精度。最后给出了测量单光镜片、非球面镜片和渐进多焦点镜片的莫尔条纹图,并进行了分析讨论。