针对温度效应会影响太阳光度计观测结果且温度校正系数难以获取等问题, 设计了一种基于热电制冷器 (TEC) 的全自动太阳光度计温控系统。介绍了自研全自动太阳光度计的整体设计，特别是温控系统设计, 并分析了温度对探测器响应的影响。最后对该全自动太阳光度计进行了野外测试, 在合肥地区与商用仪器CE318进行了同步观测比对, 测试结果表明全自动太阳光度计反演的气溶胶光学厚度与CE318校正后的结果一致, 偏差在0.01以内；在敦煌地区的长期测试结果表明, 在温度变化较大的长期野外观测中, 全自动太阳光度计温控系统均保持在 (25 ± 0.2) ℃内, 验证了温控系统设计的有效性和可靠性。

基于科学级CCD相机的多色光度测量技术凭借着实用性强、简单有效等特点在天文观测中受到了广泛应用。针对传统多色测光技术缺乏同时性这一问题，本文介绍了一种新型的同时性三通道测光系统，采用分色的设计方式实现了Sloan Digital Sky Survey （SDSS）测光标准g′，r′和i′三个波段分光。首先，利用Zemax软件对三通道光度计的光学系统进行了仿真分析，仿真结果显示该系统符合总体设计指标且能够满足使用要求。然后，为验证该系统的光学性能，我们针对大量SDSS标准星开展观测，实测结果表明该设备在g′，r′和i′三个通道的视场分别为21.5′×21.5′，21.5′×21.5′和21.3′×21.3′，系统效率分别为65.6%，68.3%和63.7%，将曝光时间归算为1 s、信噪比为5时，计算得出的极限探测星等分别为15.26，16.39和15.63。接下来可通过对系统的优化，进一步提高其极限星等的探测能力。

传统太阳光度计在海上移动平台上不能精准跟踪太阳。为了解决船舶在移动过程当中实现对太阳高精度跟踪的问题，利用鱼眼镜头、陀螺稳定平台、小视场CCD图像传感器等构建了船载型太阳光度计的图像跟踪系统。文中详细地描述了图像跟踪系统的整体结构和单臂探头的光路设计，介绍了时钟法与鱼眼成像系统相结合的方式在全天空大视场范围下进行太阳的粗跟踪，然后通过小视场的CCD图像处理技术来提高跟踪精度。此外，给出了系统的软件跟踪算法和流程，分析了系统跟踪的可靠性。该系统实现了在海上移动平台下的全自动跟踪测量，综合跟踪精度优于1′。与日本POM-01MKⅢ船用太阳光度计进行透过率与水汽的数据对比表明：在940 nm波段的大气透过率最大相对误差不超过7.6%，水汽含量最大相对误差不超过6.1%。该系统可以应用于船载太阳光度计测量海上整层大气透过率以及水汽数据，也可应用于其他对移动非稳定平台下太阳的跟踪。

中间层与低热层区域(mesosphere and lower thermosphere, MLT)处于中性大气与电离层大气之间的过渡区域, 也是中高层大气中一个重要的耦合区域。 基于自主研发的中间层顶气辉光谱光度计(mesopause airglow spectral photometer, MASP), 对其探测转动温度的反演方法进行了详细研究。 MASP的整个探测系统包括光阑、 消色差双胶合透镜、 窄带干涉滤光片、 镜头、 制冷CCD探测器, 元件之间通过黑色氧化铝套筒连接, 利用金属支架和精密的卡环将套筒和CCD探测器固定在面包板上。 外壳具有良好的隔热性能, 并配有低功率半导体TEC空调, 保证恒温在(23±0.5) ℃。 MASP的视场角为±13.6°, 探测高度为94 km左右, 观测视角投影在该高度上的天顶方向的区域直径约为44 km, 探测目标为该区域内厚度约为3~6 km气辉层的平均温度。 基于仪器的光学原理、 气辉O₂(0-1)带的光谱特征以及标定后各项仪器参数, 构建了正演模型, 并从正演图像中计算出了合成光谱。 给出了反演算法的详细流程, 包括暗噪声、 宇宙射线、 月光图像和连续光谱背景杂散光的剔除方法, 同时提供了实际观测合成光谱的计算方法, 温度反演流程及其误差的评估。 2018年9月开始在南京信息工程大学观测场平台进行连续观测, 目前已经获得多组高质量的数据。 文中的观测实例展示了2次完整夜间的观测个例, 以及2018年10月间13组有效数据的平均值, 其整体变化趋势显示观测温度分布在170~220 K之间, 误差范围在±1.8~±4.3 K之间。 通过与MSISE00经验模型的数据进行对比, 温度趋势具有良好的一致性, 从而验证了反演方法的有效性和准确性。 MASP结构紧凑, 性能稳定, 后期易于维护, 适用于多台站组网观测。