为满足气候监测、微光辐射计量、单光子计量等定量应用需求，设计了基于相关光子自校准的紧凑型三通道微光辐亮度计，其光谱范围为460~1 550 nm，辐亮度测量范围为1×10^-9~1×10^-6 W/（cm²·sr·nm）。设计时考虑整机的集成化、小型化和模块化，将8个光谱波段集成为三通道结构。其中可见光近红外波段采用自由空间耦合，短波红外波段采用多模光纤耦合方式。通过设计优化分析，微光辐亮度计的第一、二通道的聚焦光斑满足Si单光子探测器光敏面300 μm像元要求，第三通道的聚焦光斑满足多模光纤62.5 μm芯径和0.22数值孔径要求，三个通道的聚焦光斑均可被单光子探测器光敏面接收，满足设计目标，可为后续的工程化应用提供参考。

针对现阶段星载遥感器高精度定标的需求, 研制了高空光谱辐亮度仪, 可应用于辐亮度法替代定标, 提升定标精度。该仪器光谱范围为400～2500 nm, 搭载在高空气球平台上能够在18～35 km高空中直接对地测量反射辐亮度。该仪器光机系统主要由前置一体式镜筒、色散模块和光机温控模块组成。为了验证该高空光谱辐亮度仪的可靠性与测量数据的准确性, 在青海大柴旦开展了该仪器与美国 Spectra Vista 公司SVC光谱仪的比对实验以及高空飞行实验。实验结果表明: 在地面测量中两台仪器所测辐亮度具有良好的一致性, 二者偏差普遍在± 1%以内, 最大偏差在± 3.5%以内; 在高空飞行实验中, 研制的辐亮度仪在25 km高空中平稳飞行6 h, 获得了高空测量辐亮度, 各模块与探测器温度均稳定保持在设定值。实验结果验证了整个仪器的可靠性, 表明所研制的辐亮度仪满足对卫星遥感器的高精度定标需求, 适合于高空高精度测量。

噪声等效光谱辐亮度（NESR）是代表红外遥感器极限探测能力的关键性指标。高灵敏红外遥感器的NESR定标需要高稳定、高均匀和充满视场的红外辐射光源，其光谱辐亮度的不确定度应当显著低于红外遥感器的NESR。针对一种新型的级联积分球型大孔径NESR定标系统，开展了NESR定标不确定度的实验测试研究，评定了绝对光谱辐亮度的量值溯源、积分球输出的均匀性和稳定性等11种不确定性因素的影响。测试结果表明，在规定的303~308 K亮温范围内，主积分球光谱辐亮度的相对不确定度优于0.34%，6~15 μm波段的NESR定标不确定度优于0.1~0.0037 μW·cm⁻²·sr⁻¹·μm⁻¹，验证了新型定标系统应用于高性能红外遥感器NESR定标的可行性。

利用黄海不同季节实测生物发光数据, 结合同步测量的固有光学性质数据, 基于辐射传输模拟, 分析了生物发光所致离水辐亮度(L_w-bio)的数值变化和光谱变化, 并讨论其与固有光学性质及生物发光所处深度的联系。 主要结论如下: (1)黄海水体L_w-bio幅值不仅具有显著的季节变化特征, 同时具有显著的空间变化特征, 影响其变化的主要因素除水体本身发光生物的丰度和发光能力外, 与水体自身固有光学性质和发光生物所处深度有关。 (2)在光谱变化方面, L_w-bio最大峰值波长漂移不仅随着生物发光所处深度加深而增大, 同时与固有光学性质有关, 在固有光学性质其值较大的水体, 当生物发光的光源深度位于表层以下, L_w-bio峰值波长可由蓝光波段(474 nm)变为绿光波段(最大可移动至578 nm); 在固有光学性质其值较小的清澈水体中, 辐亮度光谱变化较弱, 其L_w-bio峰值波长仍在蓝光波段范围内(最大可移动至500 nm)。 (3)黄海海域宽泛的固有光学性质对生物发光光源的几何深度反演影响较大, 但可通过L_w-bio的光谱信息, 反演光源的几何深度。

目前, 学者主要关注利用遥感技术探测海面油膜。 然而, 经海洋物理过程或人为喷洒化学分散剂处理形成的水中油对海洋生境也具有危害作用。 水体上行辐亮度是水色传感器的重要信号源, 通过分析含油水体的上行辐亮度光谱特征, 探索快速有效地遥测水中油的方法对保护海洋生境具有重要意义。 基于大连港海域现场实测数据及Hydrolight模拟含油水体水下光场, 通过分析上行辐亮度随波长、 水深及太阳天顶角的变化特征, 剖析水中油对上行辐亮度光谱的影响及水中油的敏感光谱特性。 结果表明水中油的主要波谱响应区间位于可见光波段(380~760 nm)。 随着水中油浓度的增加, 上行辐亮度光谱峰值有逐渐向长波方向移动及蓝光波段辐亮度量值逐渐降低的趋势, 这些变化处于水色遥感的探测光谱范畴, 为利用水色遥感技术探测水中油提供了光谱依据。 其次, 上行辐亮度随水深逐级递减, 并在接近水体下界面前不降反升的现象说明刚好在水面之上的上行辐亮度由各深度水体组分的后向散射及下界面的反射共同贡献, 再经水汽界面上行透射而得, 属于水体辐射传输的核心机理。 这与水面油膜通过油类物质改变海表反射率而产生与自然海表不同反射光谱的探测机理具有本质上的差别。 再者, 与含水中油水体后向散射产生的上行辐亮度相比, 海表对太阳光的反射属于强信号, 会掩盖水体组分信息。 水色卫星搭载的水色传感器具有一定的侧摆能力, 能避开太阳辐射反射信号并接收到含水中油水体的上行辐亮度; 水色卫星的当地过境时间一般为10至14点, 且水色传感器具有高信噪比特征, 满足含水中油水体的暗像元探测要求。 该研究揭示了水色遥感探测含水中油水体的光谱和机理依据, 表明可以视水中油为一种新的水体组分, 基于光在水体中的辐射传输过程, 开展含水中油水体的水色遥感反演研究。

为了设计和制造高角度均匀性的积分球辐射源，需要提供优化的设计参数。基于空腔的辐射传输理论，建立了基于级联积分球结构的发光单元光出射度分布的仿真模型，并获得了朗伯型发光单元安装位置和级联积分球辐射源角度均匀性之间的关系。仿真结果表明：理想情况下，采用2个朗伯型级联子球作为发光单元，对称安装在与级联积分球辐射源出光口法线方向成10°夹角位置时，通过球心与出光口法线方向成±20°夹角观测区域内的角度均匀性可以达到0.03%的水平。最后，通过实验测量级联子球在30°夹角位置时级联积分球辐射源的角度均匀性，发现实验结果与仿真结果接近一致。因此，通过优化发光单元的类型和安装位置，可以有效提升积分球辐射源的角度均匀性。

为了实现115~200 nm的真空紫外光谱辐射计的校准，针对现有方法中校准源均匀性不高、量值传递链条长、校准波段下限不够的问题，设计了两种校准方法。基于标准漫反射板的校准方法中，研制了测量最低波段到115 nm的真空紫外双向反射分布函数（Bidirectional Reflectance Distribution Function，BRDF）/双向透射分布函数（Bidirectional Transmittance Distribution Function，BTDF）测量标准部件；基于标准辐射计的方法中，提出了相应的真空紫外光谱辐射亮度传递标准设计方法，标准视场角为2°，在真空条件下完成了实验验证；提出了一种标准真空紫外漫透射器制备方法，对标准真空紫外漫透射器的空间分布特性进行了测量，该方法在±10°角度范围内具有良好的均匀辐射朗伯特性。建立了校准装置，分析了各自的量值传递链条和测量不确定度，表明基于标准辐射亮度计的方法中减少了BRDF测量不确定度分量，测量不确定度更优。利用校准装置对风云卫星上的载荷进行了校准，115~200 nm波段光谱辐亮度测量不确定度为12%（k=2），载荷在轨运行良好。真空紫外光谱辐射计校准方法和装置对空间真空紫外探测技术的研究和应用具有重要的意义。

目前辐亮度计的光谱辐射响应函数采用辐照度标准灯和漫反射白板的方法进行校准，无法实现大动态范围内的线性校准。提出了一种高精度、亮度可调积分球光源，利用固定光阑和可变光阑控制输出辐射亮度，动态范围达到4个数量级；通过对遮光筒式辐亮度计的光谱响应函数进行测试，实验结果表明:遮光筒式辐亮度计的光谱响应函数具有很好的线性特性，且重复性高，一次项系数的标准差为2.78E-17。