为了获得高精度的光谱，必须对空间外差光谱仪干涉图进行校正。针对空间外差光谱仪自身缺陷导致的干涉图非均匀误差，提出了一种基于傅里叶变换的校正方法。通过理论推导发现目标光谱是非均匀误差的傅里叶变换与误差光谱的卷积，并以连续光水汽干涉图为例进行了验证实验。结果表明，在2693组实验数据中，2679组数据得到了明显的校正效果，随机抽取3组数据校正后的标准差均提升了一个数量级，验证了该校正方法的有效性。

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。

橙皮素(HES)是一种二氢黄酮药物, 为研究在外电场(EEF)作用下, HES的分子结构和光谱的变化, 利用密度泛函理论(DFT)以及6-311G(d,p)基组, 在C2—C1方向施加EEF(-0.005～0.010 a.u.)并优化HES分子的基态几何构型, 研究了分子总能量、 键长、 红外光谱(IR)、 偶极矩(DM)和HOMO-LUMO能隙。 在优化结构的基础上, 采用含时密度泛函理论(TDDFT), 探究不同EEF对紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、 激发态(ES)的影响。 结果显示, 无EEF时, HES分子中C1—O18和C2—C26间的单键都优化成了双键, 转变为烯醇式结构, 这样分子中更多的基团构成一个共轭体系, 形成最稳定的结构。 随着EEF的增强, 分子总能量先升后降, DM则先降后增, 键长的变化复杂。 当正向负向EEF都增强时, 由于HES分子中不同化学键的振动产生的IR吸收峰(AP), 相应地出现了不同的频谱移动, 各个AP的强度也有不同的变化。 无EEF时, UV-Vis在223.6和262 nm处有2个AP, 分别处于E2带、 K带。 223.6 nm处的AP随着EEF的增大出现了蓝移(BS), 当EEF大于0.002 5 a.u.谱峰消失; 262 nm处的AP在正向EEF下出现红移(RS), 吸收强度随EEF的增强呈现衰弱趋势, 当EEF为0.01 a.u.时, 谱峰RS至283 nm, 强度达到最小值5 889.64 L·mol-1·cm-1; 在负向EEF下出现BS, 且吸收强度均增强, 在EEF为-0.002 5 a.u.时, 谱峰BS至261 nm, 强度增至最大值为12 500.36 L·mol-1·cm-1。 当正向负向EEF都增强时, 分子的能隙和激发态能量(EE)均呈现减小趋势, 说明HES分子易被激发而处于活跃状态。 在无EEF时, OS均大于零, 表明能够被激发。 当不断加强正向EEF时, ES的OS均先升高再降低; 在负向EEF下OS有复杂的变化。 分析EEF下物质的分子结构和光谱, 将为探究橙皮素的药效对其进行电场解离提供理论参考。

空间调制型全偏振成像系统可实现目标全偏振参量的同步探测。现有解调算法仅适用于单色光的探测系统,不适用于复色光的探测系统。通过寻找中心频谱位置获得实际载波频率的方式对偏振解调算法进行了修正。复色光偏振成像实验结果表明:宽波段空间调制型全偏振成像系统通过修正的图像解调算法可以得到中心波长的偏振信息,偏振探测误差小于5%。研究结果为复色光全偏振成像系统的解调算法研究提供了参考。

基于空间外差光谱特性, 针对传统傅里叶变换算法在光谱复原中的局限性, 引入现代谱估计的多重信号分类MUSIC算法进行空间外差信号光谱复原, 采用自回归传递函数准则(CAT)对影响谱估计效果的信号空间维数值进行估计.测试结果显示CAT准则直接定维值与最佳结果存在偏差, 将CAT准则直接定维值减数值3作为改进后的新准则重新应用于实测数据光谱复原.改进的CAT准则与MUSIC算法配合能够很好地适用于空间外差干涉数据, 光谱复原效果优于直接傅里叶变换结果.以光谱角度匹配和均方误差作为改进CAT准则的MUSIC算法谱估计效果评价指标, 与理想光谱相比, MUSIC算法对钾盐双谱峰信号处理后复原光谱相似度达到0.764, 均方误差为0.040, 对氖灯多谱峰信号和处理结果分别为0.806和0.046.复色光结果分别为0.988和0.089.采用改进的CAT准则进行自适应定维的MUSIC算法对空间外差光谱复原具有一定优势, 提高了功率谱复原效果.

SCIATRAN是一种高光谱分辨率辐射传输模型, 其参数丰富、调节性强, 为反演CO2浓度提供更可靠的仿真资料。研究采用SCIATRAN模型模拟了不同气溶胶类型、气溶胶光学厚度以及地表类型的CO2辐射亮度, 分析了不同条件下影响CO2辐射亮度的规律。研究结果表明: 气溶胶类型对CO2辐射亮度的影响比例在8%以内。由于城市型气溶胶成分复杂, 对CO2辐射亮度的影响比乡村型和海洋型气溶胶稍大; 气溶胶光学厚度对CO2辐射亮度的影响比例在-3.52%~42.97%之间, 光学厚度越小, CO2辐射亮度则越大; 地表类型对CO2辐射亮度影响最大, 与参考值差值比例最高达166.43%, 且CO2辐射亮度随地表反照率的增强而增强。该研究还通过仿真信号与实测信号的对比, 验证了SCIATRAN模型仿真信号的有效性和可行性。

空间外差光谱技术是应用于天文测量以及大气遥感等方面的一种超光谱分析技术。为消除应用过程中的基线漂移, 提出了改进的小波变换进行基线校正的方法。通过对不同小波函数以及分解层数对基线校正结果影响的分析, 对原始光谱信号进行小波分解得到细节系数和逼近系数, 将逼近系数置零以实现光谱信号的重构, 从而实现干涉图的基线校正。最后将小波校正结果与阈值拟合校正结果进行对比。结果显示: 两种方法校正光谱的相关系数为0.999 9, 结果一致, 但小波变换的程序运算耗时缩短10余倍。说明利用小波变换进行空间外差干涉图基线校正是一种行之有效、省时、简便的方法。