外视场拼接是实现机载高光谱成像系统同时具有大视场与宽光谱采样范围的有效方式。由于各个成像单机独立安装，对应的可见近红外模块单机与短波红外模块单机之间的视轴角会在设备长时间运行后产生变化，视轴角的变化会对可见/短波红外的数据融合效果产生负面影响。而视场重叠使基于对极几何和平面单应性的校正方法不能有效地解算出对应可见/短波红外单机之间的视轴角，因此无法对视轴角偏差导致的图像失配进行修正。针对使用外视场拼接来扩大总视场和总响应带宽特点的机载高光谱成像系统，本文提出了一种视轴角和焦距校正算法。通过使用多级特征筛选方法，结合最小化重投影误差，实现了可见近红外/短波红外对应单机之间视轴角与相对焦距的自校正，提高了图像配准精度。该算法已经应用于AMMIS机载大视场高光谱成像仪。实验结果表明，该方法最大平均误差小于0.2像素，且对倾斜放置的相机也具有很好的适应性。

The application of starlight refraction navigation to spacecraft and space weapons is a significant development direction. Observing enough refracted stars for the star sensor in a strong limb background is an urgent problem. The all-day optical system parameters are analyzed based on the star detection requirement and navigation accuracy. Combined with primary aberration theory, the prime-focus catadioptric optical system is selected to meet the design requirements of a wide field of view (FOV) and tight structure. An H-band (1.52 μm–1.78 μm) star sensor is designed with an FOV of 6°, a focal length of 831 mm, an effective aperture of 253 mm, and a relative distortion of 0.03%. The energy concentration of the star point is 85% within 30 μm, and the maximum lateral chromatic aberration is 2.9 μm, which meets the imaging requirements. Furthermore, a baffle is designed to avoid the influence of direct sunlight on stellar imaging. The proposed method can provide a theoretical foundation and technical support for the optical design of the refraction star navigation.

红外探测器的光谱响应一致性影响高光谱成像仪器的动态范围，研究高光谱成像用拼接型短波红外探测器在同一光谱维的响应均匀性对提高高光谱成像性能有重要意义。通过测量相对光谱响应和窄带响应，对响应波段为1.0~2.5 μm、规格为2000×256的碲镉汞短波红外探测器光谱响应率进行测量和分析，提出用光谱响应非均匀性定量化分析光谱响应一致性。分析了在80 ℃和140 ℃不同的黑体温度下，窄带滤光片的中心波长和半带宽不同时，带外截止深度为OD3时，带外信号对窄带性能测试误差的影响。通过测量探测器模块的光谱响应率，计算拼接的2000×256探测器在1 μm、1.9 μm和2.5 μm处的响应非均匀性分别为6.23%、6.06%和4.07%。光谱响应率的准确测量实现了拼接型短波红外探测器的光谱响应一致性的定量化评价，有利于探测器在高光谱成像中的合理应用。

全天时星敏感器作为星敏感器的一个发展分支，在飞机、热气球等近空间载体定姿定位方面有较好的应用前景，是GPS拒止条件下的可用导航手段。大视场全天时星敏感器相较于小视场全天时星敏感器在高精度轻小型化定姿定位方面具有较大的优势，针对近空间高度大视场全天时测星对光学系统的需求，对光学系统工作波长的选取进行了分析，利用消色差和消热差设计，实现了一种能够适应高低温环境的大视场、大相对孔径的透射式光学系统，并对像质进行了分析评价。系统工作波长为0.9~1.7 μm, F/#为1.4，焦距为70 mm，视场为18°，结构总长为105 mm。试验结果表明，该光学系统具有良好的像质，能够满足大视场星敏感器白天测星要求。

短波红外波段作为“大气透过窗口”之一，探测器工作在该波段能获得目标更多的辐射能量。另外，短波红外对近室温目标的探测成像类似于可见光的反射式成像，一方面拥有中长波红外探测缺少的细节分辨能力，另一方面具有穿透烟雾进行成像等可见光探测不具备的能力。随着短波红外探测器在**、民用领域的广泛应用，对短波红外探测器的性能、成本提出了更高的要求，InGaAs探测器由于高达约70%~90%的量子效率、室温下约8000 cm²/(V·s)的高迁移率，以及高灵敏度、高速响应、低成本的应用优势，是目前短波红外探测器的最佳选择。为了进一步扩展波长、提高分辨率、降低成本，发展了基于II类超晶格、胶体量子点、硅基材料等新材料和新工艺的短波红外探测器。文中对美国、法国、以色列、中国等国内外短波红外探测器的发展现状进行了归纳整理，对有关短波红外探测器的新材料和新工艺进行了报道，最后探讨分析了短波红外探测器的未来发展趋势。

为了拓展非制冷短波红外探测器在弱光夜视观测方面的应用，开展了针对短波红外低照度成像的研究。提出了一种新的图像增强方法抑制图像噪声增强图像细节进而改善图像质量。使用3D降噪（3DNR（3D Noise reduction））算法，将多尺度高斯差分法结合边缘保持滤波器最大限度地分离图像高频信息与隐藏噪声，再针对图像进行自适应灰度映射。实验结果表明：该算法显著地抑制了在低照度下图像的时域噪声，丰富了短波红外图像的细节，改善了短波红外的夜视显示效果。