红外搜索与跟踪(IRST)系统在态势感知、环境安全监测等领域具有重要地位。像移补偿是IRST进行快速扫描的关键技术之一。设计了一种长积分时间快速周扫下像移补偿大面阵IRST光学系统, 该光学系统采用平行光路稳像方法, 具有4 ms级的积分时间、360 (°)/s级的周扫速度、1k级的面阵规模等技术特点。介绍了平行光路稳像的原理, 提出了参数计算及匹配关系。光学系统设计结果以及光学样机周扫成像测试结果表明, 该像移补偿IRST光学系统成像探测能力优良, 相关指标处于国内领先水平。

在进行辐射特性测量时,红外相机积分时间的选取是影响特性测量精度的重要因素。针对该问题,以辐射特性测量实验数据为基础,对同一温度、不同积分时间下的红外图像对比度、信噪比以及辐射特性测量精度进行了分析。结果表明,积分时间通过影响红外图像的对比度和信噪比进而影响了辐射特性测量精度。适当延长红外相机的积分时间,可以增强图像的对比度和信噪比,从而提高辐射特性测量精度。该结果对红外辐射特性测量系统相机积分时间的选取具有指导意义。

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。

动中成像模式可实现卫星在大角度快速机动过程中成像,满足遥感观测多样化、定制化、精细化需求。分析了动中成像地面实验系统的基本原理,并在实验室搭建了一套面向动中成像模式的地面实验验证系统。该系统采用高精度、高稳定的动态气浮靶标和基于外触发信号的相机积分时间调整方法。研究了成像质量和光强的关系以及成像质量和相机探测器积分级数、卫星机动角速度的关系,开展了自定义运动曲线的动中成像实验。结果表明,在相机探测器线性区内,不同机动角速度与探测器积分级数获取的图像动态调制传递函数(MTF)值的范围为0.0918~0.1054,满足工程应用(0.1附近)的要求,且MTF值与机动角速度、探测器级数无关。动中成像实验中系统运行稳定,动态MTF值在0.1015±0.0098之间。

高锌背景下光谱法同时检测痕量多金属离子浓度时, 由于微型光谱仪光源能量辐射不均匀性, 并且混合溶液中不同离子对不同波段紫外可见光会选择性吸收, 因而如果选取微型光谱仪的积分时间过大, 可能导致光谱能量值达到饱和, 选取积分时间过小可能导致光谱信号的信噪比很低。 积分时间的选择往往取决于研究者的经验和待测离子对紫外可见光的吸收特征。 为了实现能够自动选取微型光谱仪积分时间参数, 提出了一种基于二分搜索的高质量紫外可见光谱信号重构算法, 用于重构由不同积分时间组成的图谱特征更加明显的紫外可见光谱信号。 该方法首先采集不同积分时间下参比溶液的紫外可见光谱能量信号, 然后给定参比溶液的不同目标重构光谱能量信号值, 在每一波长点使用二分搜索算法寻找合适的积分时间采样参数; 然后根据紫外可见光谱的特点, 定义了表示重构后的光谱能量值与目标设定值接近程度的重构精度指标和表示重构信号后与重构信号前的图谱特征区分程度的重构特征显著度指标, 最后, 选取搜索区间范围内重构精度最高的光谱信号作为重构信息量, 利用光谱信号重构信息量重构待测溶液紫外可见光谱能量值, 最终得到待测溶液的重构光谱吸光度信号。 实验结果表明, 该算法能够快速自动地选定目标积分时间采样参数值对紫外可见光谱进行信号重构, 来得到高质量紫外可见光谱信号。 该算法可以使信号重构精度达94.84%, 并且重构特征显著度有所提升。 同时, 相对于重构前的光谱信号, 重构后的光谱吸光度信号得到一定程度增强, 信号信噪比也大大提升, 而且避免了积分时间采样参数需要依靠研究者主观判断选择的问题, 为检测多种痕量金属离子的浓度信息提供了高质量的模型数据。

采用自主研制的CCD光谱辐射计, 对CCD探测器的积分时间和光强灰阶2个关键参数的非线性参数依赖特性进行实验与建模, 给出CCD的微分非线性量化表征函数, 并以此为基础实现CCD在多级尺度下自动积分时间调整测量的非线性修正.以激光作为输入光源进行双参数调节响应特性测试, 并对CCD光电转换非线性特性进行分析.根据数据集曲线族的结构特征重构数据表征空间, 在新的表征坐标下进行CCD的参数依赖非线性变化关系的拟合建模.结果表明, 在多级尺度范围内, 该模型能够通过2个参量描述CCD光谱辐射计产生的非线性偏差变化的精确函数关系, 即实现了相关双参数在CCD光电转换过程中产生非线性偏差现象的精准量化表征.采用该模型进行非线性校正后与监测功率计进行比较, 发现该模型能够有效地将非线性偏差降低至±2%以内.

近年来, 红外成像技术在国内得到了迅猛发展。根据红外焦平面工作温度的不同, 热像仪可以分为制冷型和非制冷型两大类。制冷型热像仪的灵敏度高、性能优越、精度高, 但价格昂贵, 现主要用于**领域。某型制冷型热像仪在使用过程中, 若成像场景的温度变化较大或者工作于极端环境温度下, 在调节积分时间时, 图像会出现四角发白中间黑、四角发黑中间白的现象。首先在不同黑体温度下采集了不同积分时间下的红外图像数据。针对上述问题进行了现象复现, 然后分析了问题根源, 并根据两点校正原理提出了解决思路和办法。最后通过实验数据验证了该方法的正确性, 并总结了此类问题的解决方案。

搭建了辐射定标系统, 使用高精度的面源黑体作为标准辐射源, 对长波红外相机进行辐射定标实验。利用实测数据分析了面阵探测器的响应值与入射辐射、积分时间的关系, 确定了辐射定标模型, 并在此基础上提出了快速辐射定标方法, 即选择2个温度对应2个积分时间组合下的3幅图像, 通过数据处理可实现对辐射定标模型中的参数求解。最后, 使用420组实测数据中的398组有效数据对该简化辐射定标模型进行了可靠性验证, 结果显示, 各温度下模型计算值与实测值相对误差均小于1%, 拟合度均大于0.999。实验表明, 该辐射定标方法在实现对不同积分时间快速定标的同时保证了辐射定标的精度。