为消除长波红外相机在轨扫描成像的地面畸变, 研究了变焦扫描成像畸变消除系统控制技术。针对变焦扫描控制的多电机位置同步要求, 提出一种高精度多电机位置同步算法。依据设计的变焦扫描成像控制原理, 设定每个扫描时刻点变倍组电机和补偿组电机的同步位置。变焦控制系统实现与扫描控制系统的同步计时, 根据当前位置和下一时刻的同步位置, 每隔0.01 s计算出电机的运行速度, 实时对电机的速度进行控制。实验结果表明, 变倍组和补偿组电机的位置同步偏差分别在±0.003 mm、±0.002 mm以内; 沿轨方向地面分辨率的最大偏差不超过±0.047 m。长波红外相机在连续变焦扫描控制过程中成像清晰, 达到消除畸变的效果, 满足变焦扫描成像的要求。

分析了基于科学级互补金属氧化物半导体（sCMOS）图像传感器的微光成像系统的噪声特性，建立了系统噪声模型并进行了系统噪声测试。结果显示，系统噪声的均方根值小于1 e-。建立了系统信噪比模型，计算得到微光成像系统在10-3 lx的夜天光照条件下的信噪比优于1，理论值与实测值之间的误差小于10%。提出了一种自适应的条纹噪声处理方法，有效消除了低照度图像中的行条纹噪声，采用对比度受限的自适应直方图均衡的方法提升了高动态范围图像的对比度。

本文以空间超大幅宽低畸变红外变焦扫描成像系统为研究对象, 分析给出地面畸变与成像系统瞬时视场角的关系, 提出变速扫描成像并推导了扫描角速度公式。为解决匀速360°旋转扫描效率低和双向摆动扫描成像需安装扫描线矫正器所导致的系统复杂性高、可靠性低的缺点, 设计了一种正弦加速度快速回扫的方法。对变速扫描以及正弦加速度快速回扫方法进行了仿真及实验, 结果表明扫描控制系统慢速扫描与快速回扫之间状态切换稳定, 扫描起止角度误差仅为1.44角秒, 扫描速度稳定度为±0.5%, 扫描成像过程时间误差为83 μs, 回扫时间误差为250 μs, 整个扫描周期时间偏差小于1倍像元积分时间(355 μs), 扫描效率达86%, 在提高了扫描效率的同时减小对扫描机构的冲击与振动, 满足成像要求。正弦加速度快速回扫方法对机载红外扫描成像系统快速回扫运动设计也具有一定指导意义。

针对某空间高光谱相机电控箱内同时存在高功率器件和经筛选后温度鲁棒性较低的工业级芯片的情况，对电控箱进行合理的热设计。除了对箱体进行表面发黑、填充导热材料外，对电控箱内各个单板设计了“日”字型金属导热框架，在敏感芯片顶部增加了导热铜片。为验证散热设计方案的合理性，对电控箱基于Icepak 软件进行了建模分析，仿真结果显示最高温度为75.6 ℃，小于85 ℃，散热方案满足指标要求。最后对电控箱进行热真空试验，试验结果与仿真结果一致，热控设计合理。

帧转移CCD在先进高光谱遥感技术中具有非常重要的应用价值，而拖尾问题是其在高光谱成像等高帧频应用中存在的最大障碍之一。为了减小拖尾的影响，建立了驱动器、PCB传输线及CCD内部结构一体化的驱动信号传输模型，比传统模型能更准确地预测CCD内部和外部的驱动信号波形；仿真对比了各种典型参数对CCD驱动信号波形的影响，仿真与实测结果具有很好的一致性。根据仿真结果进行了高帧频帧转移CCD驱动电路的优化设计，实现了100 ns的行转移时间，在500 fps的帧频下获得了拖尾系数小于1%的驱动效果，为进一步提高CCD的工作帧频提供了保障。