激光雷达近场信号的重叠因子校正和盲区问题一直制约着激光雷达的实用化进程，在假设水平大气均匀的情况下，提出了Mie散射激光雷达的近场信号垂直扫描校正方法和多角度反演算法，实现了大气状态自适应控制遥感。从散射型激光雷达方程出发，构建了激光雷达近场的重叠因子和盲区的模型，结合研制的二维扫描激光雷达参数，仿真分析了重叠因子和盲区的特征。利用Fernald气溶胶反演算法，提出了基于信噪比的多仰角扫描控制与校正方案，以实现不同大气状态的自适应扫描控制。融合多角度扫描遥感数据，并以水平探测的Collis法反演的结果作为地面消光系数，获得了大气气溶胶消光系数无盲区廓线，验证了方案的有效性。数据分析结果表明，在静稳天气时水平能见度优于18 km的情况下，以信噪比20为阈值，通过7个仰角约15 min观测，可实现激光雷达重叠因子的自适应校正，获得的重叠因子校正曲线与水平校正法的平均相对偏差约20%，两组扫描校正的重叠因子的平均相对误差为4.2%，可实现大气气溶胶的无盲区反演。

针对飞机起降安全的斜程能见度探测问题,研制了一台4通道的米-拉曼散射扫描型激光雷达,可实现双波长无假定的大气消光系数廓线反演,进而可精细探测大气斜程能见度。基于大气能见度理论,假设观测路径附近无光源且忽略气溶胶粒子谱分布影响,分析了采用大气平均消光系数反演斜程能见度的有效性。该激光雷达采用Nd∶YAG激光器的基频(1064 nm)和三倍频(355 nm)激光脉冲作为光源,采用以二向色镜和窄带干涉滤光片为核心的拉曼光谱分光系统,利用有限状态机理论和多线程并发技术实现多模块协同控制软件。结合侧向散射型能见度仪,开展初步观测实验与分析。结果表明,当天气为多云转阴,地面水平能见度为9 km,俯仰角为26°时,所研制系统累积观测4 min的有效探测距离优于11 km,近地面分析结果取得了很好的一致性。

大气消光系数湿度订正是气溶胶吸湿性研究的重要内容，也是利用卫星气溶胶光学厚度（AOD）产品反演近地面颗粒物质量浓度的关键技术环节。基于成都市2016年1月至12月的逐时PM_2.5质量浓度、大气能见度、相对湿度（RH）观测数据，首先，深入探讨了大气消光系数与颗粒物质量浓度之间的统计关系及其对RH变化的响应特征，发现在RH小于90%时，单位质量大气消光系数均服从对数正态分布，并进一步指出该分布函数的形状参数和尺度参数均随RH的增加呈现出波动型增长。其次，以干燥环境条件下（RH小于等于40%）单位质量大气消光系数对数正态分布参数为基准，通过数学变换消除湿度变化对单位质量大气消光系数概率分布参数的影响，据此提出了大气消光系数湿度订正的原理和计算流程。最后，对该原理的适用性进行研究，结果表明，订正后大气消光系数反演得到的PM_2.5质量浓度与实际PM_2.5质量浓度相关系数为0.90，显著优于气溶胶散射吸湿增长因子法的湿度订正结果。

针对现有能见度检测方法复杂度高和检测精度低的问题,提出了一种基于监控图像的道路能见度检测方法。首先,通过暗亮原色先验理论求取暗亮原色的透射率;然后,利用自适应去雾权值和自适应滤波窗口优化大气光值和大气透射率,将车道线首尾端点的透射率与优化后的暗亮原色透射率一一对应;最后,结合车道线首尾端的距离计算大气消光系数和能见度。实验结果表明,本方法可在100~600 m内实现高精度检测,相对误差小于10%。相比其他方法,本方法的检测效率更快、精度更高且更容易实现。

基于红外标准星和内部黑体标定源的联合辐射定标法可提高空间目标的红外辐射测量精度。黑体标定源位于红外辐射测量系统内部,用于定标光学系统响应率。依据大气消光模型,采用天文孔径测光法,通过观测不同仰角处的多颗具有较高光谱分辨率的红外标准星得到大气消光和系统透过率系数。700 mm口径地基中波红外辐射测量系统验证性实验的结果表明,在恒星图像曝光充分的情况下,联合辐射定标法的恒星辐照度反演误差优于11%。联合辐射定标法操作简单、成本低,可随时对测量设备进行现场标校。

应大口径红外望远镜选址需求,研制了一台红外辐射测量设备,对丽江天文观测站及澄江M'波段(4.605~4.755 μm)大气红外辐射与消光特性进行了实测。用Allan方差法和大气辐射传输方程分别对大气辐射的时间和空间变化数据进行了分析,讨论了辐射时空变化对红外天文观测的影响。结果表明,低频区的辐射涨落较大,Allan方差随积分时间呈指数增加,丽江和澄江的Allan方差拟合参数分别为0.794和1.238。从天顶到60°天顶角,丽江和澄江站的辐射亮度分别增大了68%和72%,透过率分别降至0.46和0.52;红外天文观测需斩波,在丽江站,探测器单像元、2×2 Binning、4×4 Binning最佳斩波频率分别为0.030,0.070,0.144 Hz。实测所得Allan方差、大气消光、最佳斩波频率可用于指导大口径红外望远镜的选址及设计。

为了提高空间目标的红外辐射测量准确度, 提出了基于精确校准的红外标准星的红外辐射标校方法.测量不同大气质量处多颗具有较高光谱分辨率的红外标准星, 采用天文孔径测光法对望远镜拍星数据进行处理, 依据大气消光模型进行最小二乘线性拟合, 获得了测量系统的红外辐射响应率和大气消光.1.2 m望远镜上中波红外成像终端验证性实验结果表明, 该方法的恒星辐照度反演误差最大为16.28%.且该方法无需增加额外设备, 操作简单, 易于实现, 可随时对测量设备进行实时标校.对地基大口径望远镜的红外辐射测量具有一定的应用价值.

扫描激光雷达可以获取大气剖面，对于了解边界层与云的结构、污染物分布与输送有重要的作用。斜程扫描下，天顶角较大时传统Fernald和Klett消光系数反演方法不再适用，可采用经典两角度方法对激光雷达常数进行校正，进而获取大气消光系数。但经典两角度法求解雷达常数时存在多解问题，如何设定约束条件求取最优解是较难解决的问题。从经典两角度方法出发，在两条斜程上筛选出的大气缓变区域，假定水平均匀，通过线性回归的方法估算雷达常数，并采用一系列约束条件以求取雷达常数最优解，最终得到斜程扫描下消光系数分布，较好地解决了两角度测量中多解问题求解的困难。通过实验验证，即使在天顶角较大或者信号质量不是很好的情况下，消光系数反演依然能够获得较好的效果。结果表明，该方法能够很好地反映出大气的空间结构。

空间目标的光度特性能够反映其在轨的运动状态和姿态, 通过对空间目标光度的测量, 可以确定其状态和姿态。首先分析了传统光度计光度测量方法, 然后给出了用CCD进行光度测量的方法, 该方法通过测量多颗星等已知恒星的灰度值, 通过光度的定义公式推导出“0”等星的灰度值。进行光度测量时, 得到待测星的灰度值之后再与“0”星等灰度值比较, 计算出待测星的星等。在计算“0”星等灰度值与反算待测星星等时充分考虑了大气消光对测量结果的影响, 并按照消光公式对测量结果进行了修正。试验结果表明, 基于CCD的光度测量方法精度优于0.2星等。