为实现空间目标的探测与精确识别，设计了一种基于连续变焦结构兼顾大孔径和长焦距的探测成像一体化光学系统，实现了短焦大视场探测，长焦小视场成像的目的。系统采用里奇-克列基昂（RC）结构加校正镜与变焦结构通过光瞳匹配进行结合的方式，使用两片反射镜压缩光路，系统工作于450~850 nm的光谱范围内，焦距为700~3 500 mm；探测端焦距为700 mm，F数为2.5，视场角为0.5°×0.5°；成像端焦距为1 400~3 500 mm，F数为5~12.5，视场角为0.18°×0.18°。该系统具有探测能力强、成像质量佳、系统总长短、变焦凸轮曲线升角小等优点。

为评估地球杂散辐射对地球临边、深空背景探测类空间光学遥感器成像的影响，指导遥感器杂光抑制设计，对地球杂散辐射进行了建模分析。基于辐射学理论，建立了地表球冠杂散辐射模型，给出了卫星任意位置时对其光学载荷杂光有贡献的地表球冠区域，并采用区域网格化，小面元积分的方法求解地球总的杂散辐射。小面元的辐射能量包括透过大气的地物能量、大气自发辐射能量、大气对太阳辐射的后向散射能量，为准确表征，根据卫星参数建立了小面元的经纬度模型、太阳矢量模型来计算其太阳照射几何，结合卫星观测几何、地表参数、大气参数等，通过大气辐射传输模型仿真求得。以某空间遥感器可见光及长波红外谱段为例，从星下点位置、时间、载荷视轴指向等各维度进行了地球杂散辐射仿真分析。

为满足红外探测系统对大视场、轻量化、低成本的需求，设计并研制了一款用于制冷型红外探测器的自由曲面离轴四反全铝光机系统。光学设计采用具有实出瞳的离轴无遮拦全反射式光路形式，并利用7次XY多项式表征各反射镜面型。在紧凑包络约束下，实现了6.25°×5°的视场角，全视场RMS几何弥散斑半径＜6.0 μm。各反射镜和支撑结构材料均选用6061-T651铝合金，各反射镜进行了柔性支撑设计，以降低装调时的刚性连接应力。采用激光干涉仪对光机系统波像差进行了测试，典型视场波像差＜RMS 0.7λ@632.8 nm。相比传统的离轴反射系统，文中系统采用“全自由曲面+全铝光机”新构型，能够用更紧凑的包络实现更大视场，且整机具有轻量化、低成本以及无热化的特点，在红外探测领域具有重要应用前景。

微型裂变电离室是一种反应堆上广泛使用的堆芯中子探测器。国内CPR1000核电机组的堆芯中子注量率测量系统采用移动式微型裂变电离室作为中子探头，在反应堆运行过程中测量反应堆中子通量，提供堆芯中子通量分布图，是核电站重要的安全仪控设备。对标现役国外产品的服役条件和技术指标要求，研制了一款移动式微型裂变电离室中子探测器，并参照国家标准GB/T 7164-2022和行业标准NB/T 20215-2013，对探测器的核特性进行了测试。测试结果表明：其核特性与国外产品相当，有望实现该反应堆安全产品的“国产替代”。

探测距离是红外系统应用的重要评价指标，随着制冷型红外探测器的发展，红外系统自身热辐射已成为探测距离提升的重要限制性因素，冷光学设计是抑制自身热辐射的必然选择，因此对冷光学制冷温度指标进行评估和优化成为红外系统设计分析的新问题。文中从红外系统自身热辐射和经典探测距离理论出发，推导了包含系统噪声项的红外系统探测距离计算公式，提出了分布式探测距离的分析方法。以透射式光学系统为例，进行了影响因素灵敏度分析。通过对探测器焦平面进行分区域数据处理，得到了对应探测距离的主要影响表面。在此基础上，分析了在对主要影响表面进行低温处理前后（293.15 K制冷到173.15 K）探测距离的变化。结果表明，探测距离最大提升量达到43.32%，提升效果显著。该方法可为红外系统冷光学设计和评估提供参考。

非制冷红外成像技术具有非常广泛的应用前景。但是，目前非制冷红外成像芯片存在非均匀校正、图像细节增强和条纹噪声等亟待解决的问题。论文提出并设计一种面向非制冷红外成像的图像处理专用SoC芯片，芯片集成了一个CPU、两个DSP处理器和一个红外图像处理专用加速器，单芯片可实现非制冷低功耗红外图像的非均匀校正、图像滤波、直方图均衡、数字图像细节增强、条纹消除和目标检测跟踪等实时图像处理。同时，研究开发了面向芯片应用的非制冷低功耗红外图像处理算法。采用65-nm CMOS工艺实现了非制冷红外图像专用处理SoC芯片，实现了基于非制冷红外成像芯片和图像处理SoC芯片的小型低功耗非制冷红外成像系统。测试结果表明成像系统可以实现清晰的非制冷红外成像、目标检测及目标跟踪等功能，系统功耗小于2 W，体积相比传统的系统减小了50%，满足对体积、功耗、性能要求比较高的系统的应用需求，具有较高的工程应用价值和前景。