为了提高太赫兹成像速度, 设计了一种像面扫描太赫兹快速成像系统。它为反射式单像素探测器成像, 成像系统采用新设计的表面镀金的离轴抛物面镜结构以实现大口径、无遮拦、高反射率、高质量成像; 反射成像系统光学设计F数为2.93, 通光孔径为100 mm, 视场为±1°, 焦距为293.45 mm, 成像窗尺寸为64 mm×64 mm, 圆孔直径为2 mm, 扫描采集16×16像素图像时间为0.1 min, 32×32像素图像时间为0.42 min, 64×64像素图像时间为1.7 min, 空间分辨率为1 cm。扫描系统结合压缩传感成像理论采用新型像面扫描方法实现快速成像, 在系统焦平面位置加入旋转多孔盘, 对像面的图像进行太赫兹能量强度扫描, 使用金属光锥收集能量到高莱探测器。利用压缩传感理论的特殊条件(采样数目与图像像素数相等)进行像面图像采集, 然后利用正则归一化方程重构像面图像, 该系统具有成像速度快、分辨率高、低成本、结构紧凑合理的优点。

目前野外工作大口径双波段红外经纬仪的外场辐射定标装置普遍采用大面积均匀扩展辐射源，该方法需要两套定标设备，功耗高、便携性能差、研制难度大。为解决这一问题，分析比较了不同定标方法的原理、过程及技术性能，得出琼斯法是对野外环境下工作的大口径红外经纬仪进行辐射定标最佳方案的结论。为此研制了双波段红外辐射计，该辐射计由黑体照明光管和参考辐射计两部分组成，采用牛顿式望远系统及中继光路系统，选用InGaAs和PbSe两款红外探测器分别接收短波红外和中波红外辐射信号，可对短波和中波双波段进行辐射定标。讨论了校准参考辐射计对保证红外经纬仪最终测量精度的必要性，并给出参考辐射计在短波和中波不同的校准方法和校准结果。对校准该辐射计的不确定度进行了分析，短波和中波校准不确定度分别为4.12%和2.35%。

针对目前光学口径不断增大的空间光学遥感器实验室辐射定标的需求, 基于近距离扩展源照明方法设计了400~900 nm谱段内最大积分辐射亮度为200 W/(m2·sr)的4 m直径均匀扩展定标光源。该定标光源内径为4 000 mm, 出光面直径为1 600 mm。对该定标光源光机结构进行了详细设计, 利用光纤光谱仪监视输出的相对光谱分布, CPLD结合单片机实现输出光谱辐亮度值无人值守智能化远程自动控制。使用PR 735光谱辐射计测量该光源400~900 nm谱段内最大积分辐射亮度为22262 W/(m2·sr), 通过对定标光源的稳定性、面均匀性及角度均匀性测试, 分析了定标光源的测量不确定度为357%。实验结果表明: 该定标光源可以满足口径1 600 mm以下可见/近红外空间光学载荷的实验室辐射定标需要, 并可实现智能程控化控制, 提高了定标测试精度。

对测绘一号卫星相机的各个光谱通道进行了光谱定标和辐射定标以验证其光谱辐射性能是否达到设计指标要求.进行光谱定标时,利用单色仪分光谱扫描波长提供准直单色辐射照明,同时同步采集定标图像数据;然后将图像灰度值与已经过校准的参考标准探测器的输出进行比对和数据处理,得到相机各个谱段的相对光谱响应函数曲线,从而进一步获得各项光谱特性参量.辐射定标时,采用近距离面源法充满相机的孔径和视场进行端对端的绝对和相对辐射定标.星上内定标则采用经老炼和筛选过的发光二极管(LED)作为星上定标光源,对焦平面阵列探测器及其成像电路的状态和辐射响应性能变化进行在轨监测,在必要的情况下予以校正.定标结果显示:测绘一号卫星相机的各项光谱和辐射性能均达到了设计指标要求,经过相对辐射校正后响应非均匀性由1.93%下降到0.22%,相机全色谱段信噪比超过90倍,多光谱各通道信噪比优于180倍;发射后在轨星上内定标数据与发射前实验室测试结果的比对显示相机的辐射响应性能未发生明显变化,暂时无须校正.

为了定量评估影响时间延迟积分(TDI)CCD空间相机信噪比的因素,研究了TDICCD空间相机成像机理和噪声来源,建立了相机的信噪比模型.分析了辐射亮度、积分级数、行频和系统增益(模拟增益)对信噪比的影响.搭建了实验室辐射定标系统,模拟了相机在轨工作时的辐射亮度条件.通过辐射定标对不同工作参数与相机信噪比的关系进行了验证.结果表明:对于TDICCD相机来说,光子散粒噪声、暗电流噪声和固定图形噪声在诸多噪声中起主导作用.相机的输出信号和信噪比均随着辐射亮度、积分级数和系统增益的增加而增大,随着行频的增加而减小.辐射亮度、积分级数、行频和系统增益对信噪比的影响量不同.具体来说,即当辐射亮度、积分级数和行频变化量分别为L倍、M倍、τ倍时,其导致的信噪比变化量略大于L1/2倍、M1/2倍、τ-1/2倍.系统增益只能在相对较小的范围内影响信噪比,且信噪比变化幅度随着增益的提高逐渐减小.

介绍了一种以半导体发光二极管(LED)和溴钨灯为光源的光谱可调谐地面景物光谱辐射源, 及其系统结构和控制系统设计。利用地物光谱辐射源模拟了大量不同地物光谱, 在控制系统中建立了地物光谱数据库, 引进了改进型遗传算法匹配出了光谱数据库中的500余种地物光谱。进而详细分析了几种典型地物的光谱匹配相似度, 平均光谱匹配误差以及全波段, 红, 绿, 蓝和近红外波段光谱匹配相似度。目标辐亮度为50W·(m2·sr)-1时, 地物光谱辐射源平均光谱匹配误差在10%以内, 最低可达6.0%;全波段光谱匹配相似度高于0.895, 最高可达0.983;对于同一景物光谱红、绿、蓝和近红外波段(特别是绿光和近红外波段)光谱匹配相似度低于全波段, 绿光和近红外波段光谱匹配相似度与红光和蓝光波段相比, 最大低幅为50%。地物光谱辐射源能够用于光学遥感器的辐射定标, 能有效解决光学遥感器的工作目标与定标光源光谱不匹配造成的定标误差。

针对星模拟器与星敏感器观星的色温不匹配对星敏感器光信号定标精度产生的影响，设计了一种基于LED的多色温多星等单星模拟器，采用该系统模拟特定色温的星光用于星敏感器光信号定标，大幅降低了色温非匹配带来的定标误差。从理论上分析了色温非匹配影响星敏感器光信号的定标精度的机理；根据设计指标确定了星模拟器的设计方案，主要解决了光源的选型、多色温多星等单星模拟器驱动和控制系统、色温星等匹配算法、多色温多星等单星模拟器软件设计四项关键技术问题；对多色温多星等单星模拟器进行了标定和性能测试：0等星4000K和3等星7000 K 星光的光谱匹配误差分别为4.87%和7.83%，星等等级分别为0.03和2.93；光源稳定后，多色温多星等单星模拟器的平行光管出口Φ 100 mm 口径内的照度非均匀度为6.5%，均满足设计指标。

多光谱遥感器彩色图像合成是直接提取多光谱图像中R、G、B 波段合成，由于多光谱成像探测器光谱响应特性与国际照明委员会(CIE)颜色匹配函数严重不匹配，合成的彩色图像出现严重的颜色失真，需进行颜色校正。针对目前传统的白平衡法和色度学合成法的不足，提出了基于发光二级管(LED)光谱可调积分球光源的多光谱相机多点改进型色度合成校正方法。该方法既考虑了地物的光谱特性而且实现简单。实验表明，采用白平衡法校正，目标色品误差最大为0.15，而采用该方法能够将目标色品误差限制在0.05 以内。

为现场测量大型透明件的透光率和雾度，提出了基于双积分球结构的测量和系统参数标定方案，并设计研制了相应的透光率和雾度测量装置。该装置通过六维机械调整装置完成光路调整，基于LED光源的照明准直系统产生调制平行光，最后采用双积分球结构的探测接收装置并结合锁相放大技术，实现光电信号的解调。测试结果表明，该装置对透光率测量的绝对误差不超过1%，对雾度测量的绝对误差不超过0.3%，符合工程应用对系统测量精度提出的要求。另一方面，装置具有很好的重复性，其对透光率和雾度测量的相对标准差分别为0.06 %和0.05%。

针对定标光源和遥感器在轨探测目标的光谱非匹配对空间光学遥感器实验室辐射定标精度的影响, 设计了一种基于发光二极管(LED)和基底光源的光谱分布可调谐光源。采用该光源模拟了典型地物目标光谱, 用于遥感器的实验室绝对辐射定标, 大幅降低了光谱非匹配带来的影响。首先, 从理论上分析了光谱非匹配影响遥感器绝对辐射定标精度的机理; 然后, 根据设计指标确定了光源的设计方案, 解决了光源的选型与光谱匹配算法设计、光谱分布可调谐光源驱动和控制系统、目标光谱匹配与光谱反馈调整、光谱分布可调谐光源光机设计等四项关键技术问题; 最后, 对光源进行了性能测试。测试结果显示: 等能光谱和6 000 K黑体光谱的光谱匹配误差分别为6.37%和8.76%, 出光口的辐照度非均匀度为053%, 30 min内的辐照度不稳定度为0.03%, 水平方向±30°内的辐亮度角度非均匀度为0.80%, 各波长处光谱辐亮度值均高于0.07 W/(m2·sr·nm), 410~900 nm波段积分辐亮度为58.3 W/(m2·sr), 均满足设计指标。