偏振探测技术已成为遥感探测的热点,在反演大气精细粒子、云与气溶胶微物理特性等方面展现出广泛的应用前景和价值,进行高精度的偏振定标则是定量化偏振数值反演的保障。为验证偏振探测仪器的探测能力,开展实验室偏振定标和在轨偏振定标研究具有重要的科学意义和工程价值。论文从偏振定标源的特性分析入手,考虑偏振遥感仪器自身结构特点,将实验室偏振定标与在轨偏振定标有机结合,提出了一种多角度偏振成像仪生命周期全过程的偏振定标方法,为偏振遥感仪器的性能评估与定量化反演提供数据质量保证,对高精度的气溶胶与云反演、大气校正等应用具有重要的理论和实践意义。本文根据多角度偏振成像仪(Multi-angle polarization imager)的光机结构、成像方式,结合偏振光学原理及矩阵光学理论,提出了全像面的偏振定标模型。利用该模型,分析了仪器自身偏振效应机理,确定了影响仪器偏振探测结果的偏振效应参数,并重点探究了导致参数变化的成因,最终获得了系统级偏振响应矩阵。针对已在轨运行的多角度偏振成像仪未配置星上定标器的情况,论文还建立了基于水云零偏振度(degree of liner polarization,DOLP)定标源的全像面偏振定标模型。在阐述不同云相态的偏振特性与散射角关系之后,确定了筛选像面中不同位置的水云像元零偏振度辐射响应值的方法。综合考虑了仪器大视场、多光谱、分时探测的特点,研究提出了基于水云的全像面偏振响应参数的求解方法:采用零偏振度辐射响应值求解滤光片-偏振片相对透过率参数,并对比了3个不同光谱波段的偏振通道三年内的变化,选取了565nm通道作为之后分析的光谱通道;利用视场角、零偏振度辐射响应值和前一步求解的滤光片-偏振片相对透过率,求解了镜头起偏度以及镜头低频相对透过率参数,探究了565nm通道镜头起偏度以及镜头低频相对透过率随视场角的变化,并采用最小二乘法拟合变化趋势,获得了全像面分布图。综合以上偏振效应参数,求解出不同视场下的偏振响应矩阵,并采用实验室偏振定标的偏振响应矩阵,对高偏振度目标海洋耀斑的观测结果进行验证。验证结果显示,中心视场偏振响应矩阵与实验室偏振响应矩阵相对误差为1.22%,而边缘视场起偏高达0.077,须对边缘视场的观测数据进行校正。最后,研究分析了方法的不确定度,得出仪器中心视场偏振效应的不确定度为1.27%,边缘视场不确定度为2.19%,验证了全像面在轨偏振定标方法的合理性。为了验证全像面偏振响应参数求解方法的精度,文章以洋面耀斑偏振观测模拟值作为依据,实现基于海洋耀斑在轨偏振定标方法,并拓展到全像面偏振定标结果的质量控制。模拟研究首先建立了海洋粗糙面模型,对洋面耀斑偏振辐射特性进行分析,对比获取了四种粗糙海面模型的定标结果;通过使用6SV大气辐射传输模型,计算得到了大气层顶(Top Of Atmosphere,TOA)处耀斑偏振特性;方法中引入TOA偏振度公式二次项,并通过t检验验证了该二次项的显著性,进一步修正气溶胶偏振影响;最后采取太阳天顶角与修正系数查找表,仿真模拟得出正演偏振观测结果。采用POLDER3偏振观测数据对该方法进行了验证,得出该方法的相对误差优于2%,方法的不确定度分析显示该方法的合成不确定度为1.43%,与验证结果吻合;用该方法对MAPI进行偏振定标,偏振定标精度为2%左右,满足仪器偏振精度指标要求。在结合多角度偏振成像仪宽视场、多光谱、偏振成像的特点与偏振光学理论的基础上,搭建了实验室可调偏振度偏振定标系统,设计并研制了偏振度可调的起偏器,该可调偏振度起偏器在扩大偏振度测量范围的同时还减少了系统的自由度。为了提高起偏器的起偏能力,研究评估了可调偏振度起偏器可能产生的重影问题。采用Stokes偏光计验证了该起偏器的偏振探测范围,实验结果显示,该起偏器可产生偏振度范围为0-0.578的部分偏振光,为今后定标源的研制奠定了基础。本实验研究采用经过Stokes偏光计验证后的可调偏振度起偏器作为定标源对多角度偏振成像仪初样进行偏振定标,其565nm波段相对误差仅为1.86%,满足仪器技术指标;最后对仪器的不确定度贡献因素进行了详尽的分析计算,在0.11-0.72范围内仪器合成不确定度为0.9%。此结果进一步验证了可调偏振定标源设计的合理性,并对后续仪器的定标提供了基础。