为了同时获得目标的红外图像信息和光谱信息, 设计了一种分孔径中波红外分波段成像光学系统。该系统可将位于成像器前方不同波段的目标红外场景通过分孔径方式成像到红外制冷型探测器的4个区域上。该系统通过内部分孔径的办法, 在不同通道内放置滤光片的方式, 实现在一个探测器上对3.5 μm~4.1 μm、4.4 μm~5 μm、3.5 μm~5 μm、4.4 μm不同波段的目标同时成像。该系统F数为1.93, 单通道的焦距为60 mm, MTF接近衍射极限, 同时实现了在-40℃~+60℃的无热化需求, 可以满足应用和指标需求。

温度传感器是制冷型红外焦平面探测器的重要组成部分, 它用于测量探测器工作温度, 其输出用于制冷机控制, 从而控制探测器温度。探测器的工作温度将直接影响探测器的性能, 如信噪比、探测率和盲元率等。针对传统PN结温度传感器需要模拟信号处理电路及易受电磁干扰的弊端, 设计了一种基于CMOS工艺的集成式数字温度传感器, 可以集成到红外焦平面探测器读出电路中, 直接通过SPI接口输出数字测温值。设计的集成式数字温度传感器采用0.35 μm CMOS工艺流片, 芯片面积为380 μm×500 μm(不包含PAD), 在电源电压2.5 V和采样频率6.1次/s条件下, 功耗为300 μW, 分辨率0.061 6 K。在77 K温度下输出的RMS噪声为0.148 K。测试结果表明, 集成式数字温度传感器可以应用于制冷型红外焦平面探测器温度测量。

对红外探测器在低温背景下的噪声模型及特性进行了分析与实验研究。利用探测器噪声四参数法计算模型与方法; 搭建实验平台对红外探测器在不同低温背景温度下的性能进行测试, 得到红外探测器的低频时间噪声, 高频时间噪声, 低频空间噪声各自与温度、积分时间的关系。实验表明: 在一定温度区间内, 低频时间噪声表现出较强的温度相关性, 低频空间噪声表现出较明显非线性响应特性, 高频空间噪声表现出积分时间相关性。

驱动与信号处理电路是红外成像系统的重要组成部分，高质量的电路有利于系统获得高信噪比。针对制冷型红外探测器电学接口特点，成像电路架构采用焦面电路和信号处理电路，基于电路架构，设计出高集成度、低噪声的驱动与信号处理电路，给出部分仿真结果和电路噪声估算方法。介绍了一种软硬结合的降噪方法，最后给出了电路核心指标噪声的测试方法和具体噪声值。

宽动态范围的红外辐射特性测量系统往往预设多个积分时间档位,并对每个积分时间逐一进行非均匀性校正.本文研究了不同积分时间下非均匀性校正系数有的差异问题,基于黑体定标法和积分时间法提出了新的非均匀性校正方法.该方法只需要得到两个积分时间和两个定标温度点即可得到全动态范围所有积分时间下的非线性校正系数,可在保证校正精度的同时减少辐射源温度点,降低校正时间.使用某Φ400 mm口径的地基红外辐射特性测量系统对该方法进行了验证.结果表明,采用本文方法后图像的非均匀性由3.78%减小到0.24%.由4 ms下的校正数据可知,得到的校正结果接近直接用该积分时间进行校正的精度.提出的方法简化了所需设备,降低了校正时间,具有实时性强、精度高等特点,适用于外场测量.