像素非均匀性是CCD成像性能评价中的一个重要指标, 反映的是像素结构本身的差异。传统的以灰度值为基础计算DSNU和PRNU的方法未能考虑读出电路引入的时域噪声, 且计算时未剔除不同像素曝光时间不同带来的误差, 计算结果也只适用于某个具体曝光量。在分析CCD信号流的基础上, 厘清灰度值不均匀的影响因素。参考DSNU和PRNU的计算方法, 再结合帧转移型CCD的工作方式, 提出了设置多档曝光时间, 每档曝光时间下采集多帧暗(亮)图像, 再通过拟合求得暗电流(“暗电流+光电流”)后并以之为基础计算暗电流非均匀性DCNU和光电流非均匀性PCNU的方法。同时, 建立CCD像素非均匀性测试系统, 验证其光源的稳定性和均匀性, 以排除采集图像过程中测试系统引入的时域和空间误差。在此测试系统的基础上, 利用新方法测得CCD的DCNU为25.51 e-/pixel·s-1, PCNU为0.98%。相比于传统的DSNU和PRNU值更准确地反映了CCD像素结构的非均匀性, 所得结果更具普遍适用性。

设计了吸收性气溶胶探测仪CCD成像系统，该系统的硬件包括驱动时序电路、预处理和模拟前端电路、电源管理电路、FPGA主控单元，以及Camera Link通信电路等。提出一种带有反向转移的驱动时序来消除帧转移过程的残余电荷，并对该CCD成像系统性能进行测试验证。实验结果表明，该成像系统能稳定输出14 bit图像数据，帧频为1.8 frame/s，最短曝光时间为17.28 ms，非线性度误差为1.68%，当曝光饱和度为80%时,成像信噪比为54.36 dB，CCD可探测信号的动态范围为61.55 dB，可满足探测仪输出稳定、时间分辨率高、线性性能优、信噪比高、信号动态范围大的工作需求。

为了满足大气微量成分高精度测量需求, 需要能准确描述星载高光谱大气微量成份探测仪的仪器狭缝函数。 针对高光谱大气微量成份探测仪视场大、 波段宽、 空间分辨率和光谱分辨率高等特点, 研制了狭缝函数测量仪。 介绍了狭缝函数测量仪的工作原理及基本结构, 并利用狭缝函数测量仪可同时实现高分辨率、 宽谱段测量的特点, 通过搭建定标装置, 对高光谱大气微量成份探测仪进行全视场的狭缝函数测试, 得出了仪器狭缝函数的数学表达式, 给出仪器狭缝函数的特性分布, 并对结果进行分析。 测试结果表明: 高光谱大气微量成份探测仪全视场光谱分辨率在0.423～0.597 nm之间, 其狭缝函数特性曲线近似满足高斯分布规律。 由于星载大视场成像光谱仪存在光谱弯曲现象, 从而导致边缘视场分辨能力略低于中心视场分辨能力。 狭缝函数测量仪是基于中阶梯衍射光栅设计, 可同时输出多条高分辨率谱线, 且分布均匀, 不仅可以测量高光谱成像光谱仪的仪器狭缝函数, 也可对星载高光谱仪器光谱定标, 为后续研究提供了参考依据和方法。Instrument

波长定标是仪器遥感数据定量化的前提和基础。针对星载大气微量成分探测仪视场大、波长宽、空间分辨率和波长分辨率高的特点, 建立了基于中阶梯衍射光栅的波长定标装置。中阶梯光栅因其较少的线密度和较大的闪耀角工作在较高的闪耀级次, 光谱范围宽且具有较高的分辨率, 可在工作波段内一次性输出多条分布较为均匀的谱线, 克服了传统定标方式的缺点, 提高了定标精度。本文首先介绍了波长定标装置的工作原理, 接着利用该装置对高光谱大气微量成份探测仪进行波长定标, 通过寻峰和回归分析给出载荷的波长定标方程, 并利用标准汞灯谱线对定标结果进行检验。结果表明: 高光谱大气微量成份探测仪的像元和波长近似满足线性分布规律, 定标不确定度为0.025 8 nm, 汞灯特征谱线的定标值和标准值偏差最大不超过0.043 5 nm, 证明了定标结果的准确性。

为保证星载成像光谱仪测量结果的准确性，设计了双巴比涅退偏器。首先利用电磁波理论及光波传输理论分析了双巴比涅退偏器的工作原理，接着根据偏振光在双折射晶体中的传播公式设计出适当的该退偏器的楔角，最后搭建一套偏振测试装置，对研制完成的双巴比涅退偏器的退偏性能进行测试。测试结果表明：该双巴比涅退偏器在-15～15 ℃入射角范围内具有较好的退偏性能。退偏器楔角选择6°时，能在不影响成像质量的前提下较好地对探测波段退偏，且退偏度不受方位角及频率的影响，退偏度优于99%。该退偏器具有退偏度高、透射比高、性能稳定、体积小等优点。由于测量系统误差，测量不确定度为0.00290。