地球表面和大气中的目标在反射、散射和透射及发射电磁辐射的过程中，会产生由它们自身性质决定的特征偏振，即偏振特性中蕴涵着目标的多种信息。偏振遥感是近年来倍受关注的一种新兴的对地观测方法，在国际上已成为一个快速发展的领域。本文从偏振遥感物理机理出发，主要就近年来国内偏振遥感发展的四个方面进行了回顾和总结。分别为1）偏振测量仪器平台；2）地物偏振反射特性研究；3）大气偏振遥感研究；4）偏振导航研究。
由于大气及地物光谱辐射的偏振敏感性，使得可见和红外偏振遥感逐步发展成为地基、航空和卫星观测的新技术手段，在全球气候变迁研究、对地遥感和天文研究等领域得到应用。根据不同探测目标，从偏振分析机制和偏振信息获取模式等方面介绍了光学偏振遥感系统研究进展，并结合光与物质相互作用的偏振机理，以及国内外相关领域可见和红外波段偏振探测实验研究结果，讨论了光谱偏振遥感信息在反演大气、自然地物、人工目标以及天体等性质中的应用基础研究情况。最后，充分关注偏振光学、光电子技术和计算机技术发展状况，并考虑先进偏振检测、定标等技术在光学偏振遥感系统中的应用进程，展望了光学偏振遥感技术的发展趋势。
利用卫星遥感地面空气质量是近年来随着空间遥感手段的进步而发展起来的一项新技术，如何利用卫星遥感的大气气溶胶光学厚度产品来定量评估地面空气质量是个难题。利用高分辨率的大气气溶胶光学厚度产品，经过垂直分布的订正和湿度影响的订正，分别得到地面气溶胶消光系数和地面“干”气溶胶消光系数。通过与地面PM10的相关分析表明，地面气溶胶消光系数具有比大气气溶胶光学厚度更高的相关系数，而经过湿度订正的“干”气溶胶消光系数，与PM10质量浓度具有比前两者更高的相关系数。利用华北地区“干”气溶胶消光系数的分布评估了2008年夏季气溶胶变化情况，与往年同期相比，地面气溶胶消光季节平均下降约17~20%，而华北平原其他城市和地区则没有显著变化，说明北京地区气溶胶浓度的下降与局地减排有直接关系。
主要回顾了偏振遥感的产生与发展历程及其在植被、岩矿、土壤、水体等方面的研究成果，并展望了偏振遥感发展的未来。众所周知,传统遥感是将地球视为朗伯体，故采取垂直方式获取地表的二维信息，其目的是为了更有利于对遥感信息进行计算机处理。事实证明，把地球当做朗伯体颇欠合理，来自地球表面的信息具有明显得三维空间分布特征。李小文院士对BRDF进行了深入研究，并取得了令人瞩目的成果。偏振反射与二向性反射是一对孪生姊妹.BRDF主要反映的是光谱的角度信息，而偏振反射不但反映光谱的角度信息，同时也反映光谱的偏振信息。当地表某个部分为朗伯面时，其光谱的角度信息与偏振信息均为零。分析比较偏振遥感与多角度、高光谱遥感以及微波遥感的内在联系与差异，不难发现上述三种遥感是偏振遥感的特例.
飞秒激光脉冲在空气中传输时产生独特的成丝现象，伴随着波长从紫外到中红外的超连续光谱辐射。高强度的光丝能继续与物质发生强烈的非线性相互作用，诱导多光子荧光和等离子体光谱等非线性光谱辐射。白光激光雷达以飞秒激光脉冲大气传输特性为基础，能提供多种遥感探测方法。文章阐述了飞秒激光脉冲成丝机理与白光激光雷达系统结构特点，介绍了国内外主要白光激光雷达的性能特点、白光激光雷达的主要探测方法与应用情况，最后分析了白光激光雷达的发展趋势。
高精度、稳定的方波信号源对仪器的研制、使用和检测具有重要作用。提出一种有效提升方波信号源精度和稳定度的设计方案。该方案利用DDS芯片产生基准方波信号并结合可编程和接口丰富的DSP芯片控制方波频率和调节方波占空比。由此方案可以设计出信号频率精确稳定，可灵活控制,及大范围精确调节占空比的高性能方波信号发生源。目前，该方案已应用于L625激光雷达时间延迟和脉冲发生器的研制。同样，该方案也可应用于其他需要高性能信号源的仪器设备。
气溶胶的复杂性及难以现场测量性造成了1.06μm激光传输特性与气候、地域密切相关且难以计算，文章在经典大气传输理论模型的基础上，提出了1.06μm激光大气衰减系数理论计算模型的构建方法，将理论计算与实际天气情况相结合，实现了1.06μm激光衰减特性的实时计算，简化了激光大气衰减特性的工程计算。通过绥中地区不同能见度情况下激光衰减系数的实测实验，得到了能见度分别为2.5km、3km、5km、10km、12km、14km、20km七种能见度下的1.06μm激光大气传输衰减系数，构建了绥中地区激光大气衰减系数理论计算模型，验证了该方法的可行性。
北京的空气质量尤其是夏天经常出现的霾天污染状况，是奥运期间全世界共同关注的问题。2008年8月奥运期间中国科学院开展北京及周边地区奥运大气环境监测工作，具体包括地面连续点监测、地基监测和卫星遥感监测等不同监测形式。卫星监测可以获得霾天大区域分布的范围和光学厚度状况；遥感所超级站监测结果奥运期间北京及周边地区霾天的平均水汽含量为68.84%，只比非霾天的64.61%高4.23%。地基监测结果还表明：霾天光学厚度大多在1.0以上，能见度基本在5km左右； 8月非霾天可吸入颗粒物浓度PM2.5和PM10浓度分别为29.58?g/m3和76.05?g/m3，但霾天的PM2.5和PM10浓度则分别为68.08 g/m3和178.81 g/m3。从NO2对流层柱浓度监测结果表明，北京市城区仍然是NO2主要排放源，和天津、唐山，以及河北，山东等地部分地区共同构成NO2对流层柱浓度高值区。根据监测结果分析和模式风廓线后向轨迹数据等分析，北京霾天是在充足的水汽和稳定的大气环境条件下，可溶性细粒子经过吸湿增长后促使能见度急剧下降而成。如超级站的监测结果表明PM10的质量消光截面在空气相对湿度达到95%时有一个迅速增大的过程。
大气区域性污染及其区域输送研究是当前研究的热点问题，2008年北京奥运会的举行为研究北京及其周边大气区域输送提供了机会。主要利用双波长三通道激光雷达和风廓线雷达对颗粒物大气颗粒物区域输送进行研究，介绍了双波长三通道激光雷达的特征及主要参数，讨论了大气颗粒物质量浓度垂直分布的反演方法，并结合风廓线雷达数据论述了颗粒物区域输送的反演，实现了对大气颗粒物输送通量的估算和输送方向的判断。最后，对监测期间典型时间段的大气颗粒物区域输送通量和总量进行估算，并结合SO2实测数据进行了对比分析。
2007年10月份中国海洋大学的东方红2号科考船在北黄海海区进行了为期12天的秋季908航次的数据测量实验，试验中使用了日本PREDE公司生产的POM01-MKII 7波段全自动天空辐射计对该海区上空的大气进行了观测，获取了大量的气溶胶光学数据。对光学数据处理后得到了气溶胶光学厚度（AOT）、单次散射反照率（SSA）、气溶胶粒径体积谱分布。结果表明：在无云晴天的情况下，500 nm处的AOT最大值在0.36以下，870 nm的AOT值在0.15以下，有雾或阴霾情况下AOT 值偏大，是无云情况下的5倍左右；从单次散射反照率来看，该海区上空在秋季气溶胶有吸收的情况，离岸近，吸收较强，离岸远，吸收较弱；从粒径体积谱分布来看，陆源聚类粒子含量的高低与气溶胶的吸收有很大的关系。
介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的测量对流层大气二氧化碳的ARL-1 Raman激光雷达系统，以Nd:YAG三倍频作为发射光源，接收大气中氮气和二氧化碳的Raman后向散射信号，反演大气中的二氧化碳混合比分布。在ARL-1 Raman激光雷达系统中，设计了测量Raman激光雷达常数的标定装置，实验结果表明，定标光源LED的稳定度可达99.5%。利用该系统对边界层二氧化碳进行了初步定量测量和分析。
大气湍流引起光波强度在光束截面内的闪烁，降低了激光通信系统的信噪比。应用基于Rytov近似的激光大气传输光强起伏理论模型，在局地均匀各向同性Kolmogolov湍流谱的假设条件下，对大气湍流引起的光强起伏进行了分析。并从信号检测理论从发，将大气湍流与激光通信系统误码率指标相结合。分析结果表明，在典型的海洋大气湍流环境下，以误码率指标衡量，随着 的增加，激光通信系统的有效作用距离大大缩短，当 达到5×10-15 m-2/3时，通信的有效距离不足2 km，当 达到3×10-14 m-2/3时，通信的有效距离降至1 km以下。
激光大气传输湍流效应是制约合成孔径激光雷达高质量成像的重要因素之一，对大气湍流统计特性进行了研究，建立了大气湍流随机相位屏分形模型，使用随机中点位移法进行模拟，分别产生了符合Kolmogorov及non-Kolmogorov统计规律的湍流相位屏。通过计算模拟相位屏的相位结构函数，与理论值比对，验证模拟相位屏的准确性，并与现有的谱反演法和结构函数法进行了对比，分析了各自的优缺点。结果表明，基于分形方法产生的相位屏与理论值更加接近，效果良好。
估算陆地近地层光学湍流通常需要利用两层不同高度的气象观测，而常规气象观测通常只有一层。为了利用单层常规气象观测估算陆地近地层光学湍流，通过采用Shapiro给出的利用常规气象要素估算地面太阳辐射的经验模型，以及美国陆军统一土壤分类方案，基于地面能量平衡，建立一个陆地近地层光学湍流估算模型。首先通过数值求解土壤热传导方程估算土壤温度，再基于地面能量平衡估算地面温度、基于强迫恢复方法估算地面湿度；最后，将估算的地面温度和湿度看作是粗糙度高度的温度与湿度，结合常规单层气象观测数据，估算光学湍流强度。实例计算表明：该方法估算的光学湍流强度整体上与利用两层气象观测估算的光学湍流强度基本一致。
大气的吸收和散射以及湍流效应是造成大气中长距离成像质量下降的主要原因，分析了导致图像恶化的大气因素和大气调制传递函数（modulation transfer function, MTF）。由于准确获取大气MTF是基于大气MTF的图像复原技术研究的基础，本文较系统地总结了大气湍流和大气气溶胶的MTF理论结果，给出了可能的应用思路。
多角度偏振辐射计是一种通过扫描方式获取大气多角度光谱偏振信息的仪器。根据大气多角度偏振信息测量原理，重点设计了偏振辐射计的多路大气偏振辐射信号同步采集系统，并对此系统进行信息测量。实验结果表明：多角度偏振辐射计大气偏振多路同步采集系统满足设计要求.
在进行大气湍流强度、激光大气传输的研究时，大气相干长度是一个非常重要的参数。为了确定大气相干长度仪系统测量的A类不确定度[1]，验证差分像运动法[2] (DIMM)所测得的大气相干长度的可靠性，在相同传输路径上，分别运用差分像运动法和湍流积分法测量大气相干长度值。两种方法测量结果在量级和时间趋势上基本一致，两种方法得到相互验证。同时分析了两种测量方法得到的大气相干长度值存在差异可能的原因。大气相干长度仪的A类测量不确定度是通过贝塞尔法来计算的。通过实验可以得出，该大气相干长度仪系统的平均相对扩展测量不确定度小于20%。大气相干长度仪系统具备较高的可靠性，能够为大气光学传输的应用提供有价值的参考。
大气折射率结构常数Cn2是表示大气光学湍流强度的一个重要参数,利用温度脉动探空仪对合肥地区大气折射率结构常数进行了长期连续的实地探空测量，对大量探空实验数据的统计分析得出合肥地区(0～25 km)折射率结构常数随高度的分布廓线，并对其进行统计矩和概率分布的分析，研究表明合肥地区大气湍流随高度分布基本符合对数正态分布，昼夜变化量约为0.8个量级，大气折射率结构常数 Cn2的概率分布存在昼夜差异，白天的Cn2比夜间的Cn2峰值要大2个数量级。
随着工业经济的迅速发展，颗粒物已经逐步成为我国大气污染的首要污染源，考虑到对人体的健康危害, 大气颗粒物的数浓度值可能比质量浓度值更重要，因而对大气细粒子谱分布的研究也就越发显得重要。利用安徽光学精密机械研究所研制的大气细粒子谱分析仪，对北京城区奥运期间的大气细粒子实现从纳米到微米颗粒物的原位、快速、在线、宽范围粒径谱测量，并对奥运期间各粒径段内粒子日平均数浓度及实时变化规律进行分析。同时，结合地面能见度信息，对奥运赛事期间北京大气气溶胶细粒子谱分布特征及其与能见度的相关性进行了定性分析。结果表明，核模态粒子(5 nm~20 nm)主要受气相成核过程的影响，其数浓度呈单峰值结构；爱根核模态(20 nm~100 nm)受人为源及核模态粒子影响较大，其数浓度呈典型的三峰值结构；积聚模态(100 nm~1 μm)数浓度日变化不大，但受大风、降水等天气影响较大，且数浓度的高低将直接影响大气能见度。
