为了应对大气污染和气候变化监测的迫切需求,中科院安徽光学精密机械研究所研制了我国首台星载多角度偏振成像仪(Directional Polarization Camera,DPC)。相对于传统的光谱成像仪,DPC不仅能实现8个波段的辐射测量,并且其中3个波段具备偏振测量功能,同时DPC具有118.74°的宽视场。DPC定标在考虑传统光谱成像仪辐射定标的技术要素的同时,还需要分析偏振定标的技术要素,主要有同一偏振波段不同偏振解析方向的通道响应不一致性、宽视场成像系统起偏引入的偏振效应、以及帧转移型CCD产生的成像模糊效应等特有的精度影响因素。因此需要研究新的定标方法、定标实验流程、以及定标数据处理算法。为了提高DPC数据产品的精度和业务化应用水平,开展了实验室定标的自动化测控系统和数据处理软件的方案设计、成像数据预处理和数据产品生产的方法、以及软件实现等方面的研究。本论文的研究工作将建立一套涵盖DPC测量模型、实验室定标数据采集和数据处理、以及数据产品生产的理论与技术方法,为我国后续星载偏振成像仪器的研制和数据的定量化应用提供系统性的理论与技术支持。本文的主要研究内容如下:(1)精确的测量模型不仅有助于DPC测量过程的描述和分析与测量误差的参数化描述,也是实现数据产品定量化应用的基础和前提。DPC自身具有较为复杂的结构特性和误差源,同时误差具有传递性质,进一步增加了建立测量模型的难度。为了降低建立测量模型的难度和实现测量误差的参数化,将光学系统的所有光学元件划分为偏振光学元件和非偏振光学元件两个结构模块,分析了光学元件的起偏原理,推导了光学元件的透射米勒矩阵的具体表达式,建立了 DPC偏振通道的斯托克斯参数测量模型和非偏振通道的辐射测量模型。(2)为了消除DPC自身特性产生的系统误差,需要对测量模型的全部参数进行定标。根据DPC的测量模型,需要完成偏振效应、偏振解析方位角、几何定标、绝对响应度定标、相对光谱响应定标、非线性、非稳定性和信噪比等定标参数与主要性能参数的测量。同时定标与性能参数的测量涉及多仪器的联动测控,导致数据采集更加复杂。为了提高数据采集的效率与精度,研究了定标与性能测试的数据采集方法和流程,设计了基于实时数据交换模块的分布式测控系统,实现了测控逻辑与设备控制逻辑的分离,解决了定标与性能测试过程中的多仪器联动测控的难题。为实现测量数据的自动化处理,满足定标与性能测试数据处理的及时性和准确性需求,保障实验室定标工作的顺利完成,设计并实现了定标与性能测试的数据处理软件,解决了以往传统人工处理方式难以满足测量数据的快速处理要求。(3)针对DPC全视场响应不一致性的测量与校正问题,以及实验室现有积分球参考光源无法满足DPC全视场响应的测量需求的难题,提出了一种基于现有积分球参考光源的分视场测量方案。为解决分视场成像数据之间因缺乏共同特征目标而引起的成像数据拼接难题,提出一种局部标准偏差最小与局部阈值相结合的拼接算法,实现了分视场成像数据的无缝拼接。测量结果表明,采用分视场测量方案能够满足DPC全视场响应的测量需求,全视场响应的测量不确定度优于 0.67%。(4)为降低面阵CCD的帧转移模糊效应对DPC测量精度的影响,分析了帧转移模糊效应的产生机理,将帧转移模糊效应分解为响应差异型和拖影型两种类型,建立了两种类型的校正模型以及验证了最优校正顺序。并使用积分球参考光源的成像图与在轨成像耀斑区的成像图验证了帧转移模糊效应校正方法的可行性。验证结果表明,本文提出的方法能够有效地校正高亮度目标区域的帧转移模糊效应,将帧转移模糊效应对偏振测量精度的影响由7.28%降至0.43%。(5)针对DPC在轨成像数据的定量化和业务化应用需求,开发了数据产品生产软件:零级和一级产品数据子系统。针对零级产品数据子系统,设计了数据包检测及修正模型,解决了数据包的有效检测难题;采用分段内存映射方法,解决原始数据包的排序重组数据包的拼接难题。针对一级产品数据子系统,设计了一级产品数据处理的算法流程,保证了数据处理流程的简洁高效,实现了数据产品生产的业务化运行。