逐像元自适应增益成像系统通过在每个像元的电子链路中集成四档不同容积的积分电容，可以在确保高信噪比的前提下实现大动态范围的遥感成像需求。此成像系统在发射前测试时，由于甚低增益（ULG）的动态范围过大而实验室积分球能量有限，只能通过与低增益（LG）的比例系数递推来间接对ULG后半量程的输出特性标定；星载太阳定标器反射能量过大会导致高增益（HG）和中增益（MG）输出饱和也无法直接测定辐射定标系数，只可通过比例系数推定。提出一种星上增益比例系数测定的方案，分别利用四档增益的输出作为特征对实验图像分类，将不同成像目标的输出码值作为多个定标能级，利用最小二乘法线性拟合相邻增益输出后得到相邻增益的比例系数。此方案验证了实验室增益比例系数测定结果，同时在外场成像实验中用该方法计算得到的比例系数用于相邻两档增益中较低增益图像反演较高增益图像，结果与实际较高增益图像对比归一化均方误差大部分小于0.01、两图像结构相关系数基本在90%左右、数据相关系数达到90%。证明该方法测定的相邻两增益比例相关系数有较高准确性，在星上辐射定标时用于高增益辐射定标系数的递推求取有极大的可行性，解决了星上不能直接对HG、MG辐射定标的问题。

目前红外探测器采用传统读出方法很难通过一次积分实现其本身的动态范围。为实现红外探测器的大动态范围不换档读出，引入脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation，PFM）结构，同时为保证弱信号时的注入效率，结合CTIA输入级，对红外探测器不换档大动态范围读出方法进行研究。提出一种CTIA输入级脉冲频率调制（PFM）读出方法，在系统级层面搭建实验系统并结合短波红外InGaAs单元探测器进行数字量化实验。详细分析了强信号时由系统结构延迟时间引起的转换线性度问题，并建立非理想条件下的数字量化转换模型。实验结果显示，提出的CTIA输入级PFM红外探测器读出方法动态范围达到97 dB，为红外探测器不换档大动态范围读出提供了一种可行方案，并为数字化读出电路设计奠定理论基础。

为提高动态范围，提出一种针对InGaAs焦平面电容负反馈放大型输入级的残差时间计数型两步式脉冲频率调制数字读出电路。建立了电容负反馈放大型输入级的脉冲频率调制数字化理论转换模型，分析了积分电容残余电荷和复位遗失电荷引起的转换误差和线性度问题。基于0.18 μm CMOS工艺设计了线列光谱组件用双积分电容残差时间计数型两步式脉冲频率调制数字化结构，改善了转换误差和线性度，实现了16位粗略转换与最大16位精细转换的融合，为短波红外光谱组件的野外复杂场景应用提供了一种大动态范围的数字读出方案。

针对大口径的高斜率动态范围光学元件的测量需求，提出了基于光学偏折技术的子孔径拼接测量方法。利用所搭建的条纹投影光学偏折测量系统，结合子孔径划分拼接方法，对各子孔径分别进行测量，并根据实际测量结果与测量系统模型光线追迹结果的偏差，高精度测得各个子孔径的面形数据，由此对各子孔径进行拼接来实现全口径面形测量。光学偏折测量技术相对干涉法具有很大的测量动态范围和视场，可极大降低所需的子孔径数量，由此大大提高了检测效率。同时提出了针对重叠区域的加权融合算法来实现拼接面形的平滑过渡。为验证所提出方案的可行性，分别进行了仿真分析以及实验验证。对一高斜率反光灯罩进行拼接测量实验，并将拼接测量与全口径测量结果进行对比。结果表明，利用所提出测量方法获得的拼接面形连续光滑，且与全口径测量面形RMS值偏差为0.0957 µm，优于微米量级。该测量具有较高的测量精度和大动态测量范围，并且系统结构简单，为各类复杂光学反射元件提供了一种有效可行的检测方法。

针对目前太赫兹频段雷达散射截面（RCS）测量动态范围较小的问题，提出了一种结构分段定标结合数据分段处理的大动态范围RCS获取方法。基于相对定标理论分析了单一定标测量方式对RCS测量范围与测量精度的限制，并通过对光滑金属球与圆柱的实验测量进行了验证。通过光滑金属平板的RCS测量讨论了衰减元件的引入对系统测量精度与测量范围的影响。在此基础上，利用结构分段定标结合数据分段处理对弹头模型的RCS进行了测量，成功获得了弹头模型的主要散射特征，实现了目前已知最高的63 dB动态范围，测量结果与仿真计算结果一致。