为实现高分辨率大动态范围的空间微光(LLL)成像,提出基于全局快门科学级互补金属氧化物半导体(sCMOS)图像传感器的数字域时间延迟积分(TDI)微光成像方法。通过推导数字域TDI成像数据处理方法,建立了系统信噪比(SNR)模型,提出了数字域TDI大动态范围成像方法,并分析了速度失配导致的调制传递函数(MTF)退化现象。实验结果表明,该方法能够明显提高微光成像质量,当数字域TDI积分级数为30时,系统SNR由未积分的5.04 dB提高到19.78 dB,动态范围比传统数字域TDI方法提升了29.54 dB,为实现高分辨率大动态范围空间微光成像提供了保障。

为了验证变焦扫描大幅宽成像时扫描方向边缘视场图像畸变的矫正效果, 并降低扫描镜控制难度。 首先分析了变焦成像时扫描镜扫描速度与扫描视场角间非线性变化关系; 针对扫描镜变速扫描稳定性低且控制难度大的问题, 在结合探测器变帧频分析与实现的基础上, 提出采用扫描镜匀角速度扫描结合探测器变帧频变焦成像方法。推导了扫描镜匀角速度扫描时, 光学系统焦距、相机实时帧频与扫描成像视场角的关系式。最后基于课题组已有的可连续变焦长波红外光学系统, 搭建了一套基于扫描镜扫描成像的大幅宽长波红外变焦实验系统, 并利用该系统进行了成像验证。成像结果表明, 采用变帧频结合变焦成像方法, 可有效抑制大幅宽成像时扫描方向边缘视场图像畸变问题。变帧频成像方法降低了变焦扫描时扫描镜扫描复杂度, 证明了变焦扫描方法具备图像畸变矫正能力。

为了满足宽幅长波红外高光谱成像需求, 基于光导型碲镉汞线列探测器和平面闪耀光栅, 提出了一种在长波红外8~12.5 m范围内具有150个连续波段、30°成像视场角、基于地面应用的低成本、轻小型高光谱扫描成像系统的设计方法。该系统由光栅扫描机构和视场扫描机构组成, 两机构同步控制以实现精细分光和宽幅成像功能。推导了光栅扫描角度与探测器接收单色光的波长、视场扫描角度与成像视场角间的关系式。在分析扫描系统扫描定位精度的基础上, 设计了一套以步进电机为运动核心, 采用“摆扫定位+停止成像”工作模式的扫描系统。实验表明, 该扫描系统可满足系统视场定位精度及分光精度的要求。获取的硅碳棒在长波红外波段的发射光谱曲线表明该系统的设计合理有效。该扫描系统的设计方法对长波红外高光谱系统的设计具有一定的指导意义。

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。

针对非制冷红外焦平面阵列（Uncooled Infrared Focal Plane Array，UIRFPA）成像系统中普遍存在的非均匀性较差的问题，本文提出了一种基于探测器工作偏压对其输出影响来进行片上非均匀性校正（Non-uniformity Correction, NUC）的方法——探测器片上偏压逐点NUC 技术。该方法是在探测器每一个像元关键偏压VEB 和VFID 上使用DAC 供电，通过在积分前对每个像元的偏压进行单独的调整来校正其信号输出值。在不影响探测器帧频的情况下，实现了非均匀性从1.9%降低到0.4%，有效改善了探测器原始信号的非均匀性，且具有很好的实时性。