风云三号B星（FY-3B）中分辨率光谱成像仪（MERSI）可见光星上定标（VOC）系统辐射性能随时间衰减变化，使其难以用于MERSI的在轨绝对辐射定标。本文提出一种确定VOC辐射性能衰减变化的新方法，该方法在探究太阳光定标时机与太阳天顶角和方位角依赖关系的基础上，分析MERSI相对辐射响应衰减变化的趋势；利用高质量的MODIS数据构建大气层顶双向反射分布函数模型，对MERSI约10年的在轨有效数据进行交叉定标处理，获取MERSI绝对辐射响应衰减变化趋势；将二者归一化后的差值作为VOC系统辐射性能的衰减变化值。结果表明：VOC系统辐射性能在发射初期衰减率较大，后期衰减趋势趋于平稳，且衰减率与波长相关；在发射初期，短波波长（<500 nm）处的最大年衰减率达到了49.51%，长波波长（800~1000 nm）处的衰减率相对较小，最大年衰减率均小于26%；在发射后期，除412 nm外（衰减率为1.91%），其余波长处年衰减率均小于0.64%。自仪器发射以来，基于本方法获得的VOC衰减数据与VOC监视数据之间的百分误差均小于15%。本文提出的VOC系统稳定性分析方法可为实现MERSI星上绝对辐射定标提供重要的参考。

为了验证电离层光度计的设计及研制性能, 以满足仪器在轨高灵敏度高精度探测的使用需求, 利用氘灯、标准探测器、单色仪、准直仪、漫反射板、真空系统构建一套基于传递标准探测器的全链路电离层光度计真空紫外定标系统, 利用真空紫外定标系统完成了电离层光度计在夜间135.6nm和白天135.6nm、LBH带3个探测通道的130~200nm光谱响应及辐亮度定标试验, 测试了仪器的灵敏度指标。最后对整个定标系统的定标精度进行分析和估计, 得到系统的定标精度优于9.1%。试验证明了基于传递标准探测器建立高精度真空紫外辐射定标系统的可行性。

在分析星载傅里叶变换红外光谱仪干涉图的噪声特性后,提出一种抑制脉冲噪声的方法。计算以干涉图的采样点、相对零光程差得到的对称点、两侧采样点后,对得到的插值点建立参照值,通过与阈值比较确定脉冲噪声位置。实验表明,所提方法可以将光谱相对偏差由0.24%抑制到0.17%,将噪声等效辐亮度差由0.069 mW·m -2·sr -1·cm抑制到0.056 mW·m -2·sr -1·cm。所提方法在抑制脉冲噪声的同时保留了有效光谱信息,提高了星载傅里叶变换红外光谱仪的探测灵敏度。

针对傅里叶变换光谱仪的红外探测器非线性,提出了一种适用于干涉图直流信号值缺失情况的非线性校正方法。针对需要实施校正的光谱计算基于带外虚假成分的相对校正因子,结合无需实施校正的光谱计算一致性校正因子。实验结果表明,实施本文所提非线性校正方法后,辐射定标曲线的线性拟合优度可以由校正前优于0.99提升至0.9999以上,且辐射标定后的各通道的辐亮度绝对偏差均不超过0.15 mW·m -2·cm·sr -1。相比已有的校正方法,所提方法避免了对干涉图直流信号的依赖性,但增加了对多个温度点黑体辐射定标数据的依赖性。一旦得到一致性校正因子后,在探测器稳定工作的前提下,可以实施对任一光谱图的非线性校正。

FY-3A气象卫星上搭载的紫外臭氧总量探测仪(TOU)是我国首台自主研制的用于日常全球臭氧总量监测的仪器, 自2008年5月发射至2015年3月已成功在轨运行近7年。前期研究表明FY-3A/TOU 仪器辐射响应存在分段差异特征［辐射值大于和小于6.6 μW/(cm2·nm·sr)的仪器响应明显不同］, 存在双线性响应问题。提出了基于欧洲Metop-B卫星上全球臭氧监测实验2(GOME-2)的探测数据开展紫外波段在轨交叉定标研究方法, 进行FY-3A/TOU L1B数据的在轨交叉定标检验, 用于仪器探测值在轨实时比较和校正。2013年2月—2015年2月两年定标结果表明, 2013年8月以前的辐射值比对斜率均为1左右, 表明TOU的探测值在2013年8月以前比较准确, 随后TOU与GOME-2的比对斜率开始偏大, TOU探测值相对偏高, 表明FY-3A/TOU仪器的探测响应发生变化。虽然比对斜率有变化, 但两者的探测辐射值一直保持较好的线性相关性(R2＞0.96), 因此可以通过交叉定标对TOU后期的探测数据进行校正。

为了测算中分辨率光谱成像仪在轨调制传递函数(MTF)，提出了一种基于图像中非理想阶跃目标的处理方法。利用仅一侧具有较好均匀性的目标，在线扩散函数(LSF)的对称性假设下，实施基于阶跃响应思想的测算方法。与传统的阶跃边缘法相比，该方法得到的结果与中分辨率光谱成像仪获得的结果一致。将其应用在中分辨率光谱成像仪的指标考核中，得到的半峰全宽(FWHM)与传统处理方法仅相差0.03 pixel，奈奎斯特频率处的MTF值也仅相差0.02，验证了本文方法的有效性。该方法所利用的目标在中分辨率光谱成像仪遥感图像中极为常见，因而普适性更好。

阐述了大气痕量气体探测技术的发展历程；详细介绍了几种国外先进的大气痕量气体遥感探测仪器的设计理念、工作原理和功能、工作模式、谱段设置和主要技术指标。讨论了我国遥感用星载大气痕量气体探测仪器的发展现状，给出了两种典型探测仪器的工作模式、谱段设置和主要性能指标。指出了未来星载大气痕量气体探测仪器的发展方向是提高遥感仪器的光谱分辨率、空间分辨率、灵敏度和定标精度以及发展主动遥感技术等，意在为我国今后这一领域的发展提供借鉴。