对于地球静止轨道凝视红外相机，相机视线抖动引起的杂波是背景特征、相机参数、相机视线抖动特性和背景抑制算法等因素综合影响的结果。为了定量化评估视线抖动引起杂波的强度，综合考虑抖动频谱、探测器积分时间、帧周期和帧间差分背景抑制算法这几项时间相关因素，将它们合并为与背景无关的抖动等效角，建立了抖动等效角与背景辐射强度梯度统计量相乘形式的抖动引起杂波模型。基于相机视线抖动特性地面测量实验，分析了制冷机和动量轮引起的相机视线抖动频谱，对视线抖动引起的杂波进行了仿真模拟和模型计算，验证了理论模型。结果显示，所建立的抖动引起杂波模型计算结果与仿真模拟结果的相对偏差小于 15%，具有较好的通用性和高效性，适用于相机设计的迭代优化。

根据静止轨道特点，分析设计覆盖近紫外至长波红外波段的成像光谱仪光学系统，将0.3~12.5 μm的光学全谱段细分为5个子谱段并集成于光学系统，每个子谱段均采用4个分光系统在视场内拼接实现宽幅所需的超长狭缝，狭缝总长最长达241.3 mm，通过内扫描实现400 km×400 km地面覆盖。重点研究满足拼接要求的紧凑型长狭缝分光系统，指出其实现高保真分光成像需满足低畸变、低杂散、高信噪比、均匀光谱响应等条件。据此，设计基于凸面闪耀光栅的Offner型和Wynne-Offner型高保真分光系统，并研制各个子谱段的原理样机。给出全谱段长狭缝和凸面闪耀光栅两种核心元件的研制结果，单条狭缝最长达61.44 mm，5个谱段的光栅槽密度范围为8.8~312.1 lp/mm，峰值效率均在70%以上，最高达86.4%。以可见近红外和长波红外两个谱段为例，给出分光系统装调和测试过程，结果表明所研制的分光系统具有高保真性能，各项指标均满足要求。

为了获取中高轨道变姿态空间相机准确的外热流数据, 提出一种求解其变姿态外热流的方法。以地球静止轨道空间相机为例, 首先确定卫星-太阳-地球三者之间的相对位置关系; 然后, 根据相机对日成像的工作任务确定其不同时刻的姿态; 最后, 根据相机姿态变化后的环境映射面以及直接积分法获得的辐射角系数计算相机各表面的瞬时外热流。计算结果表明, 在相同轨道条件下, 相机由于在轨姿态变化导致其接受到的外热流总和比姿态恒定的相机有所减少, 其中春分日总热流减少372.5 W/m2, 冬至日总热流减少771.5 W/m2。入光口所在的+X面外热流增大了2倍左右, 该面进出地球阴影区时外热流在0~1 378 W/m2之间剧烈波动。计算结果可指导相机热设计, 该方法同样适用于多维变姿态航天器的外热流计算。

地球静止轨道微波辐射计利用大气吸收频段对温湿度廓线探测，辐射计在轨采用冷空作为低温定标源。当反射器指向冷空获取宇宙背景辐射亮温时，太阳或其他星体会进入冷空观测视场，由于其亮温远远高于冷空辐射亮温 2.73 K，一旦进入会严重影响冷空观测值。为充分有效利用辐射计观测数据，本文主要分析最大影响源太阳对冷空观测亮温的影响，初步给出一种静止轨道微波辐射计冷定标方案，使冷空观测亮温与背景标准值的最大偏差降低至 0.04 K，同时也分析了月球和卫星本体等因素对冷空观测亮温的影响。

光学天线作为空间激光通信系统中的核心组件，应具有较好的温度场稳定性和均匀性。较大的天线口径和地球静止轨道空间外热流的复杂聚变，增大了天线温度场热控技术的难度。根据光学天线的构型特点和外热流的变化规律，基于光机热一体化协同设计，将空间高效热防护技术与光学镜面辅助热控技术相结合，实现了对大口径光通信天线温度场的稳定性与均匀性的长期精稳控制，并通过热实验进行验证。实验结果表明，强日照期对天线采取避光策略时，满足光通信天线温度场指标要求的时长大于14.3 h/d，温度稳定控制在21.4～26.2 ℃范围内，主镜自身热差不大于1.3 ℃，主镜与次镜之间的热差不大于3.8 ℃，这些结果均高于稳定性与均匀性的指标要求。

为实现静止轨道空间光学遥感器的多谱段成像，研究了光学系统特定谱段的多光谱成像的方法。对两种滤光模式进行了对比，选择透射式滤光方案进行不同谱段光线的切换。结合本项目光学系统的特点，确定了在光学系统中光线集中度较高的焦平面附近设置滤光轮机构的方案。通过对多种转动机构特点的比较，设计了一种基于正五棱锥台基座的新型滤光轮机构，该机构由滤光轮组件和滤光轮驱动机构两部分组成。介绍了滤光轮机构的组成和工作原理，最后，在环境模拟试验前后对滤光轮机构进行了综合性能测试。测试结果表明：该机构具有结构强度高、结构紧凑、精度高、稳定可靠等特点。试验前后滤光片面形精度RMS值均优于λ/30，机构转动精度优于25″，机构自锁性能良好，满足复杂空间环境下光学遥感器多谱段成像的要求。

地球静止轨道凝视成像技术是航天遥感领域的重要研究内容.为了实现静轨对地不间断观测的目的,设计了一套覆盖地球全圆盘的大视场中波红外凝视成像光学系统.通过光焦度分配、光线高度控制和冷阑匹配,实现了大视场二次成像光学结构;根据现有面型检测水平,合理分配非球面,解决了多重像差问题.结合实际装调工艺,对温度适应性情况进行讨论.设计得到的光学系统视场达到 18°×18°,角分辨率为 72 .rad.设计结果表明,各个视场的 MTF在奈奎斯特频率处( 16.7 lp/mm)均大于 0.7,像元尺寸内能量集中度大于 83%,冷阑效率大于 98%.该系统有望在静止轨道红外探测相机、高灵敏度天文卫星等领域实现重要应用价值.

针对地球静止轨道卫星平台面阵凝视成像系统由于平台振动引起的图像模糊问题，提出了基于分时积分亚像元融合的方法来削弱平台颤振引起的图像模糊，提高景物辨识度；设计并搭建了二维振动平台；利用高速图像采集系统采集不同曝光时间条件下、不同振幅、不同频率振动的序列图像；使用基于能量区域质心法的相位相关法进行亚像元图像配准，计算每帧图像相对偏移量，与二维振动平台中的光栅尺位移传感器数据进行对比，验证了配准算法精度优于0.1 pixel；选择清晰度满足要求的多帧短曝光时间图像进行亚像元融合。与长曝光时间图像对比，融合图像清晰度更高，而信噪比与长曝光图像相当，验证了分时积分亚像元融合法对颤振模糊的抑制作用，具备卫星平台应用的基础。

静止轨道卫星采用CO2和水汽吸收波段进行红外探测,探测性能受观测波段的大气透过率影响显著,同时,大气折射率随空间位置的变化影响目标的定位精度。通过建立大气中探测路径几何模型,利用FASCODE软件计算出路径上2.7 μm和4.3 μm波段大气透过率和蒙气差并制成图表,蒙气差计算结果与理论估算一致。结果表明,2.7 μm波段大气透过率在5~25 km高度变化显著,35 km以上透过率达95％;4.3 μm波段大气透过率在5~45 km高度变化显著,50 km以上透过率达95％。两个波段的蒙气差相同,对目标位置的影响较少,天顶角8°以内,影响只有50 m量级,超过8°,偏差随角度增长很快,到地球圆盘边缘时达到1 km。通过插值,透过率数据和蒙气差数据可用于系统设计、性能评估和实时仿真。