冷反射现象是指在红外热成像系统中制冷探测器通过前面光学表面的反射而探测到的自身的像，冷反射的控制是红外成像系统的重要任务。本文设计了一款采用Cassegrain(卡塞格林)反射结构的制冷型中波红外成像系统，分析了该系统的冷反射现象，得到了冷反射现象严重的表面。接着，通过Zemax软件降低这些严重面的冷发射，在控制冷反射的同时兼顾系统传递函数MTF的优化。通过NARCISSUS宏命令（冷反射分析宏命令）、Tracepro建模软件和实际成像图将优化后的中波红外成像系统与冷反射抑制前的系统进行比对。结果显示：探测器像面冷反射引入的等效温差( NITD)由1.0484 K下降到了0.1576 K，同时系统在调焦过程中冷反射斑的能量和尺寸无明显变化，优化后的光学结构有效地控制了系统的冷反射。

在大温差条件下，由于温度剧烈变化导致红外光学系统成像质量变差。用于机载林火监测的大视场中波红外相机工作环境变化剧烈，对杂散辐射要求较高。为保证光学系统在要求的大视场和大温差条件下具有稳定的性能和良好的成像质量，通过基于消热差的设计方法和基于噪声等效温差的杂散辐射综合评价方法，设计了一套制冷型中波红外光学系统。该光学系统由6片透镜和1片滤光片组成，工作波段为3.7~4.8 μm，F数为2.5，焦距为62.5 mm，视场为14.36°×10.87°，探测器采用640×512 阵列中波制冷型探测器，通过采用硅、锗材料组合，合理分配光焦度，实现了消色差和消热差设计，通过冷反射优化和冷光阑匹配设计，较好地抑制了系统的杂散辐射噪声，通过引入少量非球面优化，在满足指标要求的情况下，对高阶像差进行了校正。结果表明，光学系统在−55~+70 °C温度范围内，成像质量稳定良好。

致冷红外系统的设计无法避免冷反射问题，通常需要复杂化光学系统来减弱冷反射的影响。通过分析致冷红外系统的冷反射特性，提出差分阈值冷反射校正法，可以放宽光学设计阶段对冷反射的限制，不用特意考虑冷反射。系统优化完成后进行光线追迹，以模拟真实场景中的冷反射现象，再通过本方法消除冷反射。设计了致冷红外光学系统，采用该方法处理后，从主观上看，图像明显清晰，从客观上看，多个图像质量评价函数均有所提高。结果表明，该方法可以有效减弱致冷红外系统冷反射，简化光学系统设计，对系统小型化、轻量化具有重要意义。

为了在空间限制严格的条件下，实现远距离、双波段、摆扫成像要求，采用双波段折反缩束镜、双快反镜及紧凑的单波段透镜后组，并通过优化设计，建立了一种紧凑型双波段摆扫成像光学系统。其中，双波段折反缩束镜由RC系统、CAF₂分色棱镜、及单波段透镜组组成，分别在0.6~0.9 μm及3.6~4.9 μm波段取得接近衍射极限的像质，且摆扫成像像移均控制在半个像元以内。该双波段系统中，主次镜间无透镜，可见光系统焦距为1752 mm，光学系统三维尺寸为380 mm (轴向)×Φ360，远摄比达到0.22，线遮拦比为0.34。在无遮光罩的前提下，仿真分析表明，入射角大于30°时，红外PST均小于1×10⁻⁴。且该系统加工及装调工艺成熟可控，成本较低。

为了提高光电探测设备目标探测与识别的能力，设计了一套可见/中波双波段共口径光学系统。根据实际工程经验总结了一套分段设计、组合优化的光学设计方法，通过合理地分配光焦度，分段选择合适的初始结构，再现了双波段共口径光学系统初始结构的设计过程；结合CodeV和TracePro软件量化了制冷型中波红外探测系统的冷反射现象，并且通过外场试验成像验证了分析结论的正确性。双波段共口径光学系统最大视场达到1.25°，畸变小于0.1%，可以在环境温度?30 ℃～50 ℃下工作，中波红外探测系统实现了100%冷光阑匹配，可见光探测系统可以实现大、小视场的切换，双波段成像系统具有调焦、调光功能。该系统成像质量良好、可加工性好、装配难度小、工程可实施性强。