为将低等级探测器应用于宇航等高可靠性应用环境，对探测器进行可靠性环境试验考核至关重要。本文提出了一种探测器的热真空实验方法，对多种型号星载探测器进行热真空环境考核试验，通过对比热真空环境试验前后探测器的相对光谱响应率、暗电流、制冷器驱动电流、探测器制冷特性等参数的变化，分析各型号探测器热真空环境的适应性，从而在早期暴露可能存在质量及其他缺陷的产品，筛选出性能最优产品用于宇航产品。试验结果表明，参试的探测器在热真空环境试验考核和筛选之后的各项性能指标满足设计要求，具有很好的可靠性，可以满足航天载荷应用需求。

星载同步监测大气校正仪(SMAC)用于获取遥感图像中时间同步、空间匹配的多光谱偏振大气信息,为高分辨率遥感图像的大气校正提供了气溶胶、水汽等微物理参数。为满足SMAC环境试验过程中现场光学性能标定的需要,设计了一种便携式多通道辐射参考光源(PMRLS)。PMRLS采用与SMAC一致的多通道光学设计,且各通道均为独立发光组件。发光组件采用发光体配合扩散板形成均匀照明,在可见近红外波段、短波红外波段分别选用LED和小功率卤钨灯作为发光体以降低整体功耗,采用低噪声稳定电流源驱动光源,结合散热片和风扇的散热设计以保证光源温度稳定性,并通过结构限位固定结构位置关系以提高光源测试的重复性。通过PMRLS应用对象,即SMAC,将积分球光源的辐亮度直接等效传递至PMRLS,并进行了非稳定度、非重复度评价。性能测量结果显示,SMAC地面检测光源各通道输出能量与SMAC动态范围典型辐亮度值的偏差在7%之内,非稳定度优于0.76%,非重复度优于1.3%,测量结果表明研制的PMRLS能够满足SMAC性能快速监测的需求。

针对多角度偏振成像仪探测器光电性能的评估需求,研制一套图像传感器光电性能参数通用测试系统,并提出一种基于珀耳帖效应的热电制冷器和低温循环机相组合的探测器控温方法。实验结果表明积分球的光源稳定性为0.036%,照度均匀度≥99.3%,探测器制冷系统降温速率约为2.2 ℃/min,温控精度优于±0.15 ℃,实现在-10~25 ℃的工作温度范围内对量子效率、光响应不一致性、暗电流、满阱电荷和光响应非线性等关键性能参数的测量,多角度偏振成像仪探测器不同波长下的光响应不一致性优于3%,光响应非线性优于1%,工作温度升高至9 ℃暗电流增加1.25倍,近红外波段的量子效率变化3.58个百分点。探测器性能的评估为多角度偏振成像仪整机的性能测试和定标需求提供保障。

为降低探测器的热噪声和暗电流,研制了一套高精度和高稳定度科学级裸片探测器制冷系统。提出了一种基于低温循环机和薄膜电加热器组合的探测器控温方法,减小了测试光源及环境温度变化对器件自身性能的影响。实验结果表明,探测器制冷系统降温速率不大于0.6 ℃/min,控温精度优于±0.08 ℃,将该制冷系统应用于多角度偏振成像仪面阵探测器的光电性能测试,测试结果表明:探测器工作温度升高6.5 ℃,暗电流增加1倍左右,20 ℃时暗电流是0 ℃时的6.93倍。近红外波段的量子效率受温度影响较大,810 nm和900 nm波段在0~15 ℃工作区间内量子效率的温度变化率为0.2993% ℃ ^-1和0.4575% ℃ ^-1。探测器暗电流和光谱响应度的温度特性研究为多角度偏振成像仪在轨辐射定标的温度校正提供了依据。

为了从科学级面阵探测器中筛选出满足空间应用要求的具有高可靠性和稳定性的器件,针对星载面阵电荷耦合器件(CCD),开展了温度循环、随机振动及高温老炼等环境应力试验。设计了一套筛选专用的面阵CCD图像采集系统,并基于分段式均匀照明光源和连续可调谐均匀单色照明光源,对筛选前后面阵CCD的光电性能参数进行测试。通过对比筛选试验前后面阵CCD的暗电流、像元响应非一致性、量子效率及非线性误差等参数,分析面阵CCD的环境适应性,剔除早期失效或性能变化较大的探测器,从中筛选出性能最优的探测器,并将其应用于星载多角度偏振成像仪以进行大气遥感观测。试验结果表明,最终优选的探测器在筛选试验前后的量子效率最大变化为-2.56%,像元响应不一致性均小于3%,非线性误差均小于1%,筛选后暗电流为889.22 electron·(pixel·s -1) -1。研究结果为低等级面阵CCD筛选方法及CCD性能评估技术提供了重要参考。

为满足低等级红外探测器组件在高可靠性领域的空间应用需求, 对星载红外探测器组件进行温度循环试验、力学试验以及高温老炼试验等环境试验考核, 并基于双积分球式均匀照明系统对环境试验前后红外探测器组件相对光谱响应率进行测试。通过对比环境试验前后红外探测器组件相对光谱响应率变化, 分析红外探测器组件的环境适应性, 揭示红外探测器组件的质量缺陷及其他潜在缺陷, 剔除早期失效, 并从参试红外探测器组件中筛选出性能优良的探测器应用在星载偏振扫面仪进行大气偏振探测。试验结果表明: 参试的红外探测器组件在环境试验前后具有良好的稳定性和可靠性, 可以满足航天载荷应用需求。

通道间视场一致性程度是分孔径探测系统的重要指标之一, 准确判断视场一致性程度对于该类仪器的设计和装调有积极意义。介绍了视场测量原理和视场一致性度量原理; 基于矩阵扫描测量视场的方法, 提出了体积法和面积法两种度量分孔径视场一致性的方法; 简要分析了不同情况下选用各种度量方法的优劣; 并在实验室搭建了分孔径探测系统视场测量装置, 测量了大气偏振辐射计通道间视场一致性程度。结果表明: 即使装调光轴平行度高于95%, 体积和面积一致性仍可能低于90%。单一方式难以准确度量视场一致性情况, 多种方法混合使用可以更全面地了解仪器零件加工和装调情况。

彩色相机广泛应用于印刷工业、形象艺术、医疗、环境等多个应用领域。在节约成本的前提下,为了保证相机显色效果维持特定范围,提出了利用单通道预滤光片同时对彩色相机总光谱响应曲线进行校正的方法。预滤光片模拟准确度取决于卢瑟条件的匹配程度,由于滤光片材质、膜层设计、制造工艺水平等的限制,完全符合卢瑟条件是不可能的,单通道预滤光片光谱匹配则会有更大的技术难度。从影响预滤光片模拟准确度的因素出发,采用连续可调谐均匀单色照明光源系统对彩色CCD进行高精度相对光谱响应测试,通过选取合适的评价函数模型,对预滤光片光谱透过率进行仿真拟合,得到最优光谱透过率曲线。以国际照明委员会(CIE)推荐的14种标准测试颜色为参考,采用CIE2000色差公式,对校正前后彩色相机进行理论色差计算。结果表明: 增加预滤光片后,平均色差降低73%,相机显色效果得到显著提升。

傅里叶数字全息具有抗撕毁性等优点，如能应用于太赫兹 (THz)成像将具有重要意义。根据现有面阵探测器参数进行了 2.52 THz傅里叶数字全息仿真实验，通过对目标分别添加高斯噪声和椒盐噪声后再现，研究了目标噪声对其影响。实验结果证明，高斯噪声方差小于 0.20时，再现像虽然受到噪声影响但完全可以分辨，经过均值滤波和中值滤波后，图像轮廓变得清晰；当高斯噪声方差大于0.20时，再现像淹没在噪声中，滤波难以分辨出目标，且均值滤波比中值滤波效果好；当椒盐噪声密度为0.20时，目标的再现像被淹没，均值滤波和中值滤波均能使目标重新被观察到，且均值滤波效果相对较好。

连续可调谐均匀单色照明光源系统作为CCD辐射参量定量化专用测试系统，可用于CCD相对光谱响应度的测量。它与传统的测试装置相比，能够实现光谱分辨率1 nm的光谱响应度定标。但是其采用的大功率氙灯超高压供电引入了测试光源不稳定的问题，导致传统分时测量方法引起的测量不确定度较差，不能满足高精度遥感仪器的定标需求，因此提出了同步采样的方法。从理论和器件噪声模型出发，分别对两种方法的测量不确定度进行分析，得出同步采样的方法测得的定标不确定度优于1.03%，与传统分时测量方法相比不确定度提高了43%。分别采用两种方法对目标探测器进行了CCD相对光谱响应对比测试，结果显示，同步采样的方法获得的CCD相对光谱曲线更平坦，与出厂数据相比离散程度更低，进而验证了分析结论的正确性。