为了研究凝视型激光主动成像系统对非合作目标的成像性能及在目标跟踪中的应用,设计了基于APD阵列和分束照明的凝视型激光主动成像系统。对激光回波功率与目标距离之间的关系进行了理论分析, 结果显示: 200 m外目标的回波功率小于1 μW。为提高系统作用距离, 选取高增益带宽积跨阻放大器OPA657N提高系统增益, 并通过优化元件布局来克服高跨阻值时的通道串扰。实验验证了距离方程的正确性。在此基础上, 采用八连通团块检测方法实现目标探测, 并对两轴目标跟踪进行了实验验证。结果显示: 系统能够对200 m处非合作目标稳定成像, 并能获取420 m处非合作目标的回波信号; 当目标在俯仰轴、偏航轴方向行程大于2.5°时, 系统能够实时探测并稳定跟踪。

目前高光谱成像技术已经在遥感、探测等各个领域得到了 广泛应用，但是在医学、材料学和微电子学等新兴学科领域，被动式成像方式自身却存 在一些局限性和不适用性。探讨了一种波长可调谐的凝视型高光谱成像系统。 使用波长可调谐的单色光实现了对被拍摄物体的快速光谱测量，并利用光栅作为分光元件，使 该系统的兼容性和拓展性得到了极大提高。该研究对于类似成像系统的设计具有一定的参考和借鉴意义。

传统的红外探测距离模型主要用于地面目标的检测, 载机飞行高度也比较低。在凝视型红外热探测器的基础上, 对临近空间的大气环境进行了详细分析, 建立了背景辐射模型。在此基础上提出了临近空间飞行器的红外探测距离模型, 对红外波段适用范围进行了讨论。计算结果表明, 在临近空间环境下, 红外波段都有较好的探测结果, 在短波下探测时, 背景辐射对其探测结果影响很大。

像素累积积分(PA)与时间延迟积分(TDI)是应用较多的红外读出电路积分技术。TDI应用于扫描型焦平面，PA应用于凝视型焦平面。介绍了TDI的原理和作用，分析了PA的原理和电路实现。通过理论分析和仿真显示PA可以增强读出电路的信噪比和电荷存储容量。

凝视型地球辐射探测仪是我国的新型空间应用遥感仪器，仪器具有全波探测通道和短波探测通道，采用腔体探测器，对地凝视观测，视场覆盖地表边缘，用于从空间的低轨道卫星平台测量地球辐射出射总量，提供地球辐射收支信息.作为定量化应用的遥感仪器，对仪器提出了高精度的定标需求，本文结合仪器的设计特点，提出了使用辐射标准传递方法，先用黑体标定凝视型地球辐射探测仪全波腔体探测通道，继而用全波通道标定积分球，再用标定好的积分球对凝视型地球辐射探测仪短波探测通道进行标定的办法，提高了短波探测通道的辐射标定精度.

信号传递函数(SiTF)是评价红外热成像系统性能的最基本的技术指标之一,该参数能够反映系统的增益、线性度、动态范围、饱和特性及均匀性.介绍了凝视型热成像系统的信号传递函数模型、测量方法和测量步骤,并详细分析了测量此参数时热成像系统工作状态设置,并对其影响给出实验结果.

考虑了太阳、天空、地面等背景辐射以及辐射在大气传输中的衰减，分析对比了飞机在不同飞行速度、不同气象环境、不同探测路径等条件下，包括飞机蒙皮、飞机发动机喷口和飞机发动机尾气流——尾焰这三部分主要辐射源的辐射特性，建立了高速飞机红外辐射特性的物理模型，利用计算结果进一步建立了红外搜索跟踪系统对高速飞机作用距离的数学模型。讨论了影响高速飞机红外作用距离的内外部因素，如飞机的内部传热、探测路径方向与有效辐射面积等。

概述了凝视型非制冷热像仪作用距离估算的几种模型及其特点.采用NVTherm分析了320×240凝视型非制冷热像仪的调制传递函数、最小可分辨温差和探测距离.分析结果表小F/#、减小像元间距都能够改善凝视型非制冷热像仪的性能,增加作用距离.外场试验结果与NVTherm的仿真值符合得比较好,表明可以利用NVTherm对凝视型非制冷红外热像仪的设计过程进行优化,并能缩短设计周期.

探测能力的强弱是广大凝视型红外搜索跟踪系统设计者和使用者一直关心的问题.对作用距离数学模型中影响探测能力的主要因素如目标、光学系统口径等进行了分析,还讨论了模型中未曾提到的一些因素,如路径辐射、光谱匹配等对探测能力影响的方式、程度.分析结果为增强凝视型红外搜索跟踪系统的探测能力提供了理论依据.

作用距离是红外搜索跟踪(IRST)系统的核心指标之一,需要对它作专门的研究.从凝视型红外焦平面的响应度和探测目标所需的辐射功率出发,修改了凝视型焦平面响应度的公式,对目标成像的特性进行了新的分析,并讨论了系统各部分对作用距离的影响,建立了凝视型IRST系统作用距离的数学模型,为系统设计和性能评估提供了理论依据.