为获得抑制能见度测量不确定度的方法,根据光电二极管尺度效应对载流子复合的影响,研究了光电二极管光电转换响应度在敏感面上的分布,通过测定光电转换均匀性,建立了响应度的分布模型,其分布近似为抛物面。两种不同光电二极管的测量结果表明,光电二极管响应度均匀性在敏感面的中心区域最好,不同型号的光电二极管,其尺度效应影响程度差异较大。得出了响应度的分布对能见度测量不确定度的影响规律,光斑在中心附近区域内漂移时影响最小,光斑漂移范围越大对不确定度贡献越大,光电二极管的尺度效应是能见度探测系统不确定度的主要因素之一。采用光斑跟踪技术,使入射光斑中心保持在光电二极管敏感面上的位置在小区域内,可有效控制尺度效应的影响。

为了分析雾天多次散射引起的激光透射仪能见度测量误差，结合激光大气透射仪的系统参量，基于平流雾和辐射雾分布模型，采用蒙特卡洛法对激光在雾中的传输特性进行了理论分析和数值模拟，获得了雾天透过率数据，并计算得到了多次散射引起的能见度误差。结果表明，在雾天气下随着空气中含水量的增多，多次散射越明显，透过率测量误差越大，辐射雾的透过率相对误差高达116.76%；同等条件下，当接收机直径为100cm时，辐射雾多次散射引起的能见度测量误差为19.30%；同时选取较小的接收机直径可以减小多次散射引起的能见度测量误差。因此,在雾天应用激光透射仪进行能见度测量时，需考虑多次散射的影响。此研究结果对实际雾天气下激光大气透射仪能见度的测量具有重要的指导意义。

为了实现对用于校准能见度仪的标准散射体的快速准确定标, 通过测量标准散射体不同散射角的散射系数, 实现对标准散射体不同散射角所模拟的大气能见度进行准确定标并对定标系统进行校准.根据定标系统的组成与工作原理, 确定定标系统的校准方法并建立相应的校准链, 并设计校准链的各组成部分的校准方法.通过对已知散射系数的标准散射体进行定标, 验证校准后定标系统定标结果的准确性, 进而验证了定标系统校准方法的正确性.实验结果证明: 定标系统对标准散射体的散射系数定标结果的误差为7.93%; 经由定标系统定标的标准散射体所模拟的大气能见度的最大误差为8.61%, 满足用于校准能见度仪的标准散射体的使用要求.

从透射仪的光学测量系统出发, 理论分析了光学测量系统光源对透射仪探测光束远场光斑特性的影响。结合LED光源的发光原理, 研究了LED光源的表面特征, 分析了LED光源表面特征与透射仪能见度测量的关系。通过仿真实验证实了光源表面特征对透射仪探测光束准直和能见度测量稳定性产生影响。研究结果表明, LED光源表面特征会影响探测光束远场光斑能量分布, 在50 m基线下, 使得透射仪探测光束准直中心发生位置偏移25 mm, 接收光强最大变化20%, 从而影响透射仪发射端对准和能见度测量。通过加扩散片和光阑限制可以明显改善远场光斑特性, 远场光斑中心能量分布趋于均匀, 在中心区域内接收光强变化在1%以内。

在能见度测量中, 为了抑制环境光变化对测量不确定度的影响, 在光发射端对探测光束进行调制, 在接收端对探测到的光电信号进行带通滤波。带通滤波器的特性参数受到工作环境温度变化的影响, 导致频响函数变化, 从而引入能见度测量的不确定度。以二阶有源带通滤波器为例, 从传输函数入手分析了带通滤波器频响幅度随温度变化的规律, 实验测定了频响幅度随温度变化的关系。结果表明: 在高能见度天气状况下, 在15 ℃~40 ℃温度范围内, 环境温度每变化1 ℃, 带通滤波器将贡献约4.5%的不确定度; 低能见度时, 带通滤波器的影响比高能见度时小得多。

基于长基线透射式能见度仪分析了影响透射仪收发两端探测光路准直的因素。从透射仪的测量原理出发, 阐述了探测光路准直通过影响接收端接收光强进而影响透射仪探测精度的机制。仿真研究了透射仪收发两端探测光路准直出现偏差对接收端接收光强的影响。研究结果表明, 在一定大气能见度条件下, 透射仪的测量误差与接收端接收光强的测量误差成线性关系。透射仪收发两端的对准状态对透射仪接收端接收光强具有重要影响, 发射端姿态角每变化0.01°, 接收端接收光功率变化0.02 mW, 发射端姿态角变化会明显降低透射仪接收端接收光强, 增大接收端接收光强的测量误差, 对能见度的测量精度影响较大。