为探究高精度偏振扫描仪（POSP）在偏振交火模式下紫外波段对气溶胶层高（ALH）的探测能力，基于最优估计理论和信息量分析方法，分析了紫外和近紫外波段模拟仿真数据对ALH的灵敏度，并进一步讨论了不同观测组合对ALH信息量和后验误差的影响。研究结果表明：拓展的紫外波段是卫星遥感ALH反演的重要信息源，进一步增加380 nm偏振探测后，ALH的信息自由度（DFS）提高了0.06~0.26，同时后验误差降低了5~30个百分点；联合近紫外410 nm探测信息后，ALH反演后验误差额外降低了7~10个百分点，尤其增加了标高H较低时ALH的反演信息量；观测信息对标高的敏感度随着卫星观测散射角的增大而逐渐降低；粗模态主导的气溶胶、裸土地表相较细模态主导的气溶胶、植被地表来说提供的ALH信息量更少。总体来说，虽然ALH信息量受到气溶胶类型影响表现出了一些差异，但是不同气溶胶类型间ALH信息量受地表类型和偏振测量等的影响通常是相似的。

以飞行实验中安装在同一个航空平台上的偏振扫描仪(POSP)和同时偏振相机(SIPC)为例,提出了一种对单幅SIPC图像及单扫描圈内POSP星下点邻近数据进行快速视场匹配的方法。通过POSP旋转扫描采集模式下的拖影权重系数模板,将高空间分辨率的SIPC数据重采样至与POSP空间分辨率一致,然后度量不同位置的SIPC重采样数据与POSP数据的一致性程度,选取一致性最强的位置作为视场匹配位置。最后通过多场景下数据相关性最高的SIPC像元相对序号,作为参考视场匹配位置,将多场景下分别计算的匹配位置与参考位置的平均绝对值误差作为视场匹配误差,约为10个SIPC像元,即0.12个POSP像元,满足应用需求。

对我国自主研发的偏振扫描仪(POSP)开展了偏振探测实验,主要包括地面实验和航空校飞实验。其中,地面实验是对天空进行扫描,可获取天空的偏振度和辐亮度数据;而航空校飞实验是对地表进行扫描,可获取地表的偏振度和辐亮度数据。为了和POSP获取的偏振辐射数据进行对比分析,在实验过程中同时配置了1台三分束同时偏振相机进行偏振探测。结果表明,2台偏振仪器获得的偏振辐射数据具有较好的一致性,初步验证了POSP偏振探测实验数据的有效性,同时,实验获取的偏振辐射数据可为后期大气气溶胶参数的反演提供有效的支持。

为了满足偏振扫描仪的偏振测量精度要求,提出一种利用偏振扫描仪星上偏振定标器精确测量标准偏振态数值的方法。首先介绍了偏振扫描仪的技术特点、测量原理和偏振定标模型;其次结合仪器特性,将地球反照光+线偏振定标器/非偏振定标器作为在轨偏振定标的偏振态标准源;然后分别设计了专用的线偏振定标器和非偏振定标器;最后利用马吕斯定律确定线偏振定标器的偏振态数值,将星下点数据筛选出线偏振度小于0.4的下垫面反射光作为非偏振定标器的有效光源,以获得符合要求的非偏振光。所设计的定标器符合全光路、全孔径、端到端的要求,可保障长期在轨偏振测量精度为0.005。

为保障偏振扫描仪长期在轨的偏振测量精度，研究了偏振扫描仪的星上偏振定标原理与方法。首先，针对分孔径和分振幅的技术特点，结合实际的误差来源，理论推导了系统探测矩阵；其次，根据仪器参数，利用已知偏振态的线偏振光和非偏振光，推导了星上偏振定标方程；然后，设计了用于星上偏振定标的线偏振定标器和非偏振定标器；最后，提出了利用已知偏振度的太阳漫射板辐射定标数据来校正偏振扫描仪的低偏振度测量精度和稳定性。所提出的星上偏振定标方法具有高精度、高频次、高效率等特点，可满足长期在轨偏振测量精度为0.005的应用需求。