针对雾霾天气条件下目标对比度下降问题, 研制成功了一套多光参量测量成像系统。通过多光参量成像的系统级辐射响应模型及模型参数分离式标定, 实现雾霾天气情况下的多种场景目标成像实验观测。结果显示: 楼房玻璃反射光中的偏振分量相对较强, 通过线偏振、圆偏振、偏振角图像, 可以清晰地分辨玻璃窗结构; 普通的强度信息很难辨别雾霾天气下的路口车辆, 在线偏振及偏振角图像中能够看到车辆, 但是掺杂了树木的偏振信息, 车辆信息较模糊; 在圆偏振信息图像中, 树木的圆偏振信息较少, 车辆目标对比度提高20%。

消色差λ/4波片具有一定的二向色性和相位延迟量误差, 导致仪器偏振测量产生误差。从考虑全偏振CCD相机自身偏振效应的辐射模型入手, 借助积分球辐射源和高精度辅助旋转偏振器, 研究系统级非理想消色差λ/4波片的标定方法。结果发现: 消色差λ/4波片的二向色性和相位延迟量参数随仪器的工作波长与带宽发生变化, 波段650 nm(相位延迟量88.90°)和750 nm(相位延迟量88.65°)消色差效果相对较好, 而波片在波段850 nm(相位延迟量84.33°)相位量偏差较大; 通过相位延迟量的标准误差分析, 得出消色差λ/4波片的系统级标定方法精度优于0.8°。

介绍了一种新型高精度大动态范围可调线性偏振度参考光源(VPOLS-II),在0.46~2μm 波段内线性偏振度调节范围达到0~0.72.VPOLS-II采用四片平板玻璃起偏的工作原理,辐射光源经过积分球和扩束器准直系统形成具有较高均匀性和平行度的入射光,再经过偏振态调节器输出不同线性偏振度的偏振光.将光谱偏振分析仪实验测量结果与理论计算值进行了比对,分析了VPOLS-II输出线性偏振度不确定度的影响因素.结果表明,线性偏振度范围0~0.72 内,VPOLS-II 的线性偏振度与理论预测值的差异小于6×10-3.在线性偏振度范围0.01~0.09 和0.09~0.72 内,线性偏振度的不确定度分别为8.8%~0.936%和0.936%~0.184%.这种新型参考光源可用于偏振光学遥感器的实验室偏振定标和系统级性能检测.

大视场偏振 CCD相机内部的多个光学表面会改变入射光的偏振状态, 并且改变的程度与入射光的偏振态、视场角和方位角等有关, 影响了仪器偏振测量精度, 从而制约了偏振成像遥感数据的定量化应用水平。为解决这一问题, 从考虑偏振效应的大视场偏振相机响应输出模型出发, 研究模型参数的标定方法, 通过设计试验获取了模型参数标定数据。将经过标定的大视场偏振 CCD相机测试值和可调偏振度光源预设偏振度值进行对比, 结果显示偏振相机在 0°、15°、25°视场角下的偏振度测量平均误差不大于 1.18%, 远小于光学镜头自身的起偏度。消除偏振遥感仪器自身的偏振敏感性影响, 为将来我国自主星载偏振遥感图像的定量化应用奠定基础。

为了获得更高精度的目标光谱偏振特性，结合现有的标准探测器技术与偏振探测技术原理，研制了一种光谱偏振分析仪。采用连续等角度间隔旋转检偏器对目标信号进行强度调制，通过傅里叶级数算法能够显著降低检偏器定位误差引起的偏振度测量不确定度。利用优化设计的测量主光路和大动态范围线性优良的标准陷阱探测器，保证了偏振度测量精度。利用可更换窄带滤光片实现了光谱偏振度测量。经实验验证，在0.1~0.99偏振度的范围内，光谱偏振分析仪的测量不确定度为0.15%。

为了准确测量目标的全偏振参量，采用数值模拟计算系统测量矩阵的范数条件数的方法，对系统微小扰动引起的全偏振态参量的测量影响进行了理论分析和实验验证。结果表明，当λ/4波片快轴方向为特定组合角度(13°，50°，128°，164°)时，测量系统最优化和效率化。

为了得到由于偏振成像系统自身的光束会聚现象导致仪器偏振测量产生误差的规律，采用空间偏振光束追击矩阵理论，对平行于光轴方向振动的透射光强对偏振测量精度的影响进行了理论分析。结果表明,偏振光束会聚导致实际测量的偏振度小于光束真实的偏振度; 光束会聚程度越高，测量的偏振度与光束真实偏振度的误差越大; 在光束会聚状态和偏振测量条件不变的情况下，入射光束的偏振度越大，光束会聚对偏振度的影响也越大。

偏振相机内部的多个光学表面会改变入射光束的偏振状态,并且改变的程度与入射光束的偏振态、视场角和 方位角等因素有关。通过研究偏振光束与光学成像器件 的相互作用,推导了考虑光学系统偏振效应的通用辐射模型,并基于辐射模型简要描述了目标偏振信息的 反演方法及模型参数分离定标研究,给出了偏振相机的光学 定标方案,确立了偏振相机输出与入射光束斯托克斯参量 的定量关系,消除仪器自身的偏 振效应,准确反演目标的偏振信息,为偏振遥感图像的定量化应用 研究奠定基础。

通过建立非理想正交反射镜改变光线的几何模型，研究正交金属反射镜的消偏性能。模拟计算结果显示：在0．4μm～10μm波段内，非理想正交镀银反射镜的线偏振灵敏度优于铝、金等正交反射镜，且对光束偏振度的改变最小，因此正交镀银反射镜在高精度偏振遥感探测中值得广泛应用；若把角度误差控制在0．5。内，则正交镀银反射镜的偏振特性对偏振遥感器的辐射度和偏振度影响很小，具有较好的消偏性能。

为了研究航天偏振辐射计的偏振测量精度，从偏振参量的反演过程出发，结合偏振辐射定标的方法，得出Wollaston棱镜安装角度误差和因加工工艺等造成的光束非正交的角度误差对偏振测量有一定的影响。结果表明，在角度误差一定的前提下，偏振度测量误差随入射光偏振态的变化而变化；当Wollaston棱镜角度误差都控制在0．1°内，偏振度测量精度满足航天偏振辐射计的指标要求。