尺寸小、成本低和寿命长的非制冷热红外成像光谱仪对探测高温目标有巨大潜力，但其严重的内部噪声会降低检测灵敏度。非制冷热红外成像光谱仪主要的噪声包括探测器噪声、光机元件表面散射杂光引起的噪声、光栅非工作级次产生的杂光噪声和光机元件自身的背景辐射噪声。推导了包含上述噪声的噪声等效温差（NETD）公式，以Offner型热红外成像光谱仪为例，分析NETD与系统F数和机械元件内表面光学属性等主要影响因素之间的关系，研究了光机表面抛亮处理在抑制光谱仪内部背景辐射噪声方面的能力。最后，采用像元间线性关系法扣除了剩余的噪声，使探测信号与目标本身信号基本一致。

在基于微悬臂梁的光学读出红外成像系统中，获得的红外图像有明显噪声，甚至有连续噪点组成孔洞，让目标难以辨识出来,因此提出基于特征模板卷积的红外图像增强方法。利用Hough变换根据微悬臂梁结构的特点，获得特征卷积模板的尺寸信息，根据成像系统特点建立卷积模板。让模板在图像内逐点卷积，建立评价参数阈值消除图像内噪声。进行均值滤波来填补噪声点及FPA单元的间隔，获得增强后的红外图像。实验结果表明，方法不仅能够有效增强光学读出红外成像系统的成像质量，对于普通存在噪声的图像也有良好的噪声消除效果。

随着半导体工艺的进展，长波非制冷红外成像器件灵敏度得到长足进步，作用距离日益提高，应用逐步成熟，国内外已在空地弹上应用，但在防空弹上未见报道；对于近程防空导弹，由于飞行距离和时间短，非制冷的应用条件基本满足，但对于一些应用上的具体问题需要深入探讨和研究。从空地弹上对非制冷研究，可以总结出非制冷在防空中应用的几个关键问题：首先，由于敏感的波段不一样，因此典型空中目标、天空(地物)背景的长波目标特性对目标的远距离识别和提取有影响，从而影响截获距离；其次，长波非制冷探测器的热时间常数较大，对于机动目标的跟踪有一定的问题，因此应用上可能有限制；并且，在中波段短时间飞行影响很小的头罩气动热问题在长波段可能有较大影响，需要进一步详细研究。若可以很好地解决上述几个问题，相信非制冷红外成像在防空导弹上的应用指日可待。文中对非制冷红外成像制导应用的几个关键问题进行了逐一分析，作为总体牵引研究。

介绍一种超低像素非制冷红外焦平面成像技术,该技术利用32×32或64×64红外焦平面阵列,在10～20米距离内,120°角的扇形立体空间范围内,对不同的动态发热源进行热成像处理,利用处理后的图像及占空比用于安防、汽车、空调、节能及物联网等领域,该技术打破了常规红外热成像仪的使用模式,大大降低了它的价格与体积,拓展了使用范围及产业化的领域。

与传统的有基底FPA(焦平面阵列)相比, 基于全镂空支撑框架结构的新型无基底FPA在热学特性上存在显著差异, 传统的基于恒温基底假设的热学分析模型不再适用, 因此, 通过电学比拟方法, 将无基底FPA的热响应特性等效为电学模型.通过该模型, 进一步分析了无基底FPA在非真空环境下的热学性能, 分析表明: 该无基底FPA具有在大气压下优良的红外成像性能, 其NETD(噪声等效温度差)值仅比真空环境下增加了数倍.

在基于刀口滤波技术的光学读出的非制冷红外成像技术中，光学元件的反射会在CCD靶面引入杂光光斑，使得检测到的光强信号中FPA的像所占比例降低，因此降低了光学检测灵敏度.采用偏振光学读出系统，即在光路中添加偏振片、四分之一波片，利用对透射光和反射光的偏振方向有选择的偏振分光棱镜代替原有分光棱镜，用偏振光原理消除光路中光学元件的反射杂散光，使FPA像在CCD靶面接收到的光强中所占比例大幅度增加，进而提高光学检测灵敏度.偏振光路检测实验结果显示,检测灵敏度比非偏光实验提高了约47%，与理论分析值一致.

捷联成像导引头中各个传感器的动态响应不一, 直接合成不同传感器的信息提取的制导信息精度差, 为获取更高精度的制导信息, 需要改进提取方法。匹配滤波理论是在考虑传感器不同的动力学特性情况下的一种信息融合方法, 依据传感器动态特性进行信息匹配的方法提高制导信息提取精度。首先建立非制冷全捷联成像导引头及其在制导控制系统中的简化模型,依据导引头上各种传感器主要指标, 及匹配滤波的原则, 推导出相位匹配器。最后, 对匹配后的系统提取制导信息, 并参与制导系统半实物测试, 对比传统惯性滤波器与相位匹配滤波器的效果。在三轴仿真转台、半实物机及热十字丝目标的配合下, 对转台扰动下的非制冷全捷联导引头进行静止和运动目标下的视线角速率提取, 结果说明在相位匹配滤波的提取方法获得的视线角速率精度为0.2 °/s, 精度比传统惯性滤波提取方法提高了1倍。

光学读出红外热成像系统中，焦平面阵列（FPA）反光板的初始弯曲降低了系统的光学检测灵敏度。针对FPA的设计制作，提出了两种降低其反光板初始弯曲的优化设计方案：减薄反光板上金层厚度和制作带加强筋的反光板。在理论分析的基础上，设计制作了单元尺寸为200 μm的反光板金层减薄FPA，其反光板曲率半径提高至原来金层未减薄FPA的4.71倍，系统光学检测灵敏度提高了5.2倍；单元尺寸为60 μm的反光板带加强筋FPA，其反光板曲率半径提高至原来没有加强筋FPA的4.29倍，系统光学检测灵敏度提高了1.18倍。实验验证了理论分析的结果。

不同于传统的非制冷红外成像技术，提出了基于微电子机械系统(MEMS)的新概念光学读出非制冷红外成像技术。它的光学读出系统基于空间刀口滤波原理，具有高灵敏度、高分辨率和高抗震性等优点，但同时也受到了反光板的弯曲变形、粗糙度等复杂因素的影响。在大量实验数据的基础上，利用夫琅禾费近场衍射理论，建立了复杂因素下光学灵敏度的理论分析模型，详细分析了刀口滤波位置、反光板的长度、曲率半径、粗糙度、LED光源的强度以及扩展宽度等对光学灵敏度的影响，并提出了通过极限操作使系统的光学灵敏度最大化的光学优化方法。

根据实验室设计的单层微测辐射热计所采用的Si3N4和SiO2双层膜复合支撑结构工艺，分别利用力学的等效截面方法和复合材料热导公式，从理论上推导了微桥桥腿正应力和热导的解析表达式.分析在其它因素不变的情况下，仅调整Si3N4和SiO2两者厚度比值(m)对微测辐射热计力学和热学性质的影响,并用ANSYS有限元仿真的方法验证了理论推导.