精细导星仪(FGS)是空间天文望远镜精密稳像系统高精度姿态信息的快速检测装置,CMOS图像传感器的成像效果直接影响精细导星仪姿态信息的解算精度。而实际工作时,CMOS成像器件存在最佳的读出范围,超出此范围的入射光强与光生电子数的线性度低,无法获取有效星点来满足后级的质心坐标解算。为解决这一问题,提出一种估算不同星等最佳积分时间的方法,并将积分时间作为探测器参数选择与调整的主要依据。测量结果表明,像元暗电流的读出码值和探测器面阵RMS噪声值均随积分时间的增加而增加。依据星点光斑分布模型给出常用星等的最佳积分时间范围,结合星点的分布情况,得出7等星在视场范围内的星数约为7颗,论证了小型CMOS器件对星斑的探测能力。

尖端放电是物体尖锐处产生的一种放电现象, 它属于一种电晕放电, 在避雷针、 静电除尘等技术中有着广泛应用。 目前对尖端放电的研究主要集中在放电强度方面, 而对其光谱方面的研究并不多, 研究发现尖端放电在紫外波段具有强烈的辐射。 利用Comsol软件对尖端放电的电离特性进行仿真, 结合数学物理模型分析了放电辐射光谱及辐射强度, 发现其辐射强度随时间的变化先增加后减小, 并可根据N2+的分布强度估算紫外波段的辐射强度。 通过研制一套紫外面阵多光谱成像系统, 对尖端放电进行了三个紫外光谱通道的成像, 实验结果表明, 尖端放电的辐射光谱在240～340 nm波段之间都有分布, 且在315～340 nm之间分布最强。 同时得到尖端放电的紫外辐射强度随着尖端距离的增加而减小, 并与成像积分时间成一定的线性关系。 发现在同一通道, 线性斜率随尖端距离的增加而减小。 通过对尖端放电三个紫外光谱通道的成像码值反演成辐射能量, 得到辐射能量与尖端距离, 尖端电压以及积分时间之间的关系, 验证了尖端放电的数学物理模型, 为深入研究尖端放电的紫外特性提供了有力的支撑依据。

随着我国电力技术的迅猛发展, 因电弧/电晕放电造成高压设备损坏、 高压线传输损耗的问题愈加引起重视。 完成了电弧/电晕目标在200～1 000 nm的光谱特性测量, 发现电弧电晕光谱强度分布主要集中在200～400 nm紫外波段。 提出了使用紫外面阵成像技术用于探测研究电弧/电晕的方法, 通过一套自制的紫外面阵成像系统, 成功实现了对高压电弧/电晕目标进行的实验室内紫外成像, 以及氙灯积分球辐射定标与目标反演。 实验结果表明, 该套紫外面阵成像系统可用于对电弧电晕放电进行实时检测。 该研究验证了电弧/电晕的紫外辐射特性, 在距离2 m处得到反演后的6 kV电弧的紫外240～280 nm波段的辐照度为3.39×10-5 W·cm-2, 为深入开展电弧/电晕的紫外特性研究提供强有力的依据。

精确的光谱定标是定量化反演地物信息的前提与基础。 光栅色散型可见近红外成像光谱仪(VNS)主要用于海洋水色遥感和海岸带监测, 采用推扫式成像方式, 工作波段范围覆盖400～1 040 nm, 空间维视场像元总数为1 024, 共设置256个光谱通道, 光谱采样步长为2.5 nm。 针对仪器入轨后可能发生的光谱通道中心波长漂移或通道宽度展宽问题, 基于光谱特征曲线匹配思想, 提出了利用太阳大气廓线和星上定标器镨钕特征光谱进行在轨光谱定标的新方法。 开展了在轨光谱真实性检验与定标的地面模拟实验, 采用最小差值与相关系数联合算法对数据进行了处理。 以大气氧气吸收763 nm波段为例, 介绍了在轨光谱定标的步骤。 给出了太阳夫郎和费517 nm、 Pr-Nd玻璃685 nm和氧气吸收763 nm三个典型波段对应VNS的光谱通道的定标结果: 三个通道穿轨视场Smile效应幅度相近, 约为0.6 nm; 中心波长漂移方向和大小各异, 分别为0.707, -0.369和0.293 nm; 对穿轨方向各像元的测量值进了二次曲线拟合, 763 nm通道标准偏差小于另外两个通道, 三个通道的光谱定位精度较高优于0.176 nm。 为成像光谱仪开发出一种适用的在轨光谱定标算法。

为验证地面紫外探测系统是否能对臭氧层以上的高空高速再入目标探测成像,分析了高空高速再入目标产生紫外辐射的机理以及进行地面紫外探测的可行性,并在国内某多用途飞船缩比返回舱实验中,利用自研紫外光学成像验证设备开展验证实验,获取了40 km以上高空高速再入目标的地面紫外探测图像,依托地面平台成功获取臭氧层以上高空高速目标紫外图像。实验表明,在稀薄大气条件下,高空高速目标可以产生强烈的紫外辐射,利用地面紫外探测器完全可以实现对高空高速再入目标的探测成像,并且能够从背景中有效分离和提取成像目标。对于进一步开展空间紫外探测的实际应用研究和深化紫外探测理论具有十分重要的参考价值。

海洋光学紫外遥感需要通过对紫外探测系统进行精确的辐射定标和系统性能指标测定来实现。本文采用积分球光谱辐射定标法，利用氙灯光源，标定自行研制的一套紫外辐射面阵探测系统。得到待测系统的输出响应与积分球输出光谱辐亮度呈极好的线性关系，线性相关性达99.99%。同时发现氙灯光源存在起伏涨落特性，本文首次提出了氙灯修正模型，建立了基于实测结果、待测系统和氙灯光源三者标准差关系的简易模型，可以修复由于氙灯输出有起伏带来测量失准48%的负面影响，得到待测系统的实际噪声和信噪比。通过文中的理论分析和模型的建立与验证，为氙灯积分球紫外辐射定标和信噪比等参数测定提供理论和数据支持。

为了实现高灵敏度紫外探测，基于600×500元紫外电荷耦合器件(Charge-Coupled Device, CCD) 图像传感器，创新性地运用软件开窗技术设计了一种基于数字时间延迟积分(Time Delay Integration, TDI)的 紫外成像系统。具体分析了成像系统的噪声来源以及TDI阶数M对成像系统信噪比的影响，并从理论上分析了 采用M阶数字TDI技术对成像系统信噪比的影响。然后详细介绍了在FPGA内部实现数字TDI算法的情况，并给 出了数据采集系统中的上位机交互流程。实验结果表明，基于数字TDI技术的紫外成像系统可以获得较 高的图像对比度和信噪比以及优良的成像质量。