大气主要温室气体监测仪(greenhouse gases monitoring instrument, GMI)采用空间外差干涉技术,能有效探测759～2058 nm波段 大气高分辨率吸收光谱信息。星上定标是GMI光谱图像数据定量化应用的基础, 在阐述了GMI成像和光谱定标原理的基础上,探讨了星上光谱定标方法,确定了外部光源特征谱线法的星上光谱定标方案。通过对模拟数据的计算, 进一步分析了定标不确定度,得出星上光谱定标不确定度为0.030 nm。定标结果显示定标不确定度主要受定标光源不确定度,以及回归不确定度影响, 该方法满足仪器的定标要求,为大气主要温室气体的定量化反演提供了依据。

针对空间外差光谱仪(SHS)超光谱分辨率、空间干涉形式及窄带光谱范围的特点，分析了定标原理及要求，确定了单色可调均匀面光源的光谱定标和积分球辐射定标系统的绝对辐射定标方法，搭建了定标系统，实现了对光谱仪的光谱定标和辐射定标，并对定标的不确定度进行了分析，得出空间外差光谱仪的光谱定标不确定度为0.015 cm-1，辐射定标不确定度为4.02%，满足给定的技术指标要求。通过对大气中CO2吸收谱的实际测量对定标结果进行验证，结果表明实测谱与模拟谱吸收峰位置对应准确，辐射亮度吻合理想，为CO2的定量反演奠定了基础。

采用四通道凸面光栅成像光谱仪设计了星载大气痕量气体差分吸收光谱仪, 该光谱仪用天底推扫方式探测地球地表或天空散射光信号, 基于痕量气体对不同谱段光信息的“指纹”吸收和差分吸收光谱算法定量获取大气痕量气体分布。针对该光谱仪的大视场、宽谱段、高分辨率(光谱、空间)等特点, 提出了相应的光谱定标和辐射定标方法, 建立了定标系统, 实现了对载荷的光谱定标和辐射定标, 并对其定标的不确定度进行了分析。结果表明, 载荷光谱定标不确定度为0.027 nm, 辐射定标不确定度为2.96%, 满足给定的技术指标要求, 为载荷的定量反演提供了保证。

限于常规汞灯谱线法波长定标的局限性,构建了紫外辐射计波长定标装置,研究了紫外辐射计波长定标的物理过程和测量链,并对紫外辐射计中臭氧十二个吸收波长进行了光谱定标,通过对定标影响量的分析和计算,得到定标影响量的测量不确定度和波长定标合成标准不确定度,其中波长定标合成标准不确定度为0.026nm,同时通过光学CAD分析和实验验证紫外辐射计的光谱带宽可以达到1.0nm。应用自行构建的紫外波长定标装置较好地完成了紫外辐射计臭氧吸收谱线的定标工作,满足了臭氧反演所需的波长精度要求和光谱带宽要求。