针对时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)成像系统多通道间存在响应非均匀问题,开展了基于辐射定标的校正方法研究。结合成像系统的信号处理流程,推导了响应非均匀性校正的理论模型,提出了一种基于加权最小二乘的定标校正方法,分别在1/4、1/2和3/4饱和响应处采集三组图像数据,并利用高斯加权函数对三组通道间的校正参数进行加权最小二乘拟合,从而获得优化的校正参数。利用TDI CCD成像系统进行实验验证,结果表明,系统的响应非均匀性(1/2饱和响应处)由原来的4.09%降低至0.85%,并优于两点校正法的1.93%,同时该方法在宽响应域内均获得了良好的校正效果,具有精度高、实用性强等特点,可应用于机载、星载等相机载荷,为获取高质量的遥感图像数据奠定技术基础。

针对大视场TDI CCD拼接相机焦平面存在各通道之间性能的差异性较大，导致多通道拼接好的图像存在明显的亮暗差别等问题，提出一种可靠的、有效的焦平面电路一致性设计方法。首先，介绍了TDI CCD拼接相机焦平面电路结构；其次，全面地阐述了影响焦平面电路非均匀性的因素；然后，从关键元器件筛选、关键电路及PCB一致性设计、FPGA软件一致性设计和多通道主时钟一致性设计四个方面进行了多通道焦平面电路的一致性设计；最后，经过实验证明，在饱和曝光量50%的辐照度下焦平面所有通道响应度的标准偏差为71.4，平均数码值的标准偏差为39.6，同时，所有通道中最低信噪比也能满足44.2dB，所有性能指标满足相机均匀性要求，实现了大视场TDI CCD相机全视场内的高质量成像。

为了在地面研制阶段精确地测试空间遥感相机在各种空间频率处的调制传递函数,对测试原理进行了理论推导和分析,并基于此开展了整机在各种空间频率处的传函测试实验。在给出了遥感相机调制传递函数的测试实验链路的基础上,推导了各种空间频率的正弦波和方波靶标在整个链路中的光能传递过程,从而得到了遥感相机在各种频率下的调制传递函数和对比度传递函数的理论形式,并证明了在任何频率处二者之间的转换系数均为π/4。最后,在真空环境下进行了相机在1、1/2和1/3乃奎斯特频率下的调制传递函数测试。实验结果表明：某空间遥感相机在实验室条件下测得的1、1/2和1/3乃奎斯特频率下调制传递函数分别为0.21、0.40和0.59。经计算光学系统反推传函与设计传函衰减系数接近1,证明了方法的正确性。

研制了不需要外部附加微位移与微力传感器、采用自感知方法来获取压电微夹钳的钳指位移与夹持力的压电自感知微夹钳.根据压电陶瓷晶片在驱动电压与外力作用下发生变形会在其表面产生电荷的思想,提出了基于积分电荷的钳指位移与夹持力的自感知方法;基于Jan G.Smits的压电悬臂梁弯曲变形理论,给出了钳指位移与夹持力的自感知表达式,即用钳指上压电陶瓷晶片表面的电荷来表达钳指位移与夹持力.设计了获取晶片表面电荷的积分电路,给出了其平衡条件为晶片电容与其绝缘电阻之积同积分电容与反馈电阻之积相等.自感知验证实验结果表明:修正后在31.59 μm最大钳指位移范围内的自感知位移最大偏差为0.78 μm;在35.91 mN最大钳指夹持力范围内的自感知夹持力的最大偏差为0.24 mN.实验结果验证了所提自感知方法是有效的.

为了有效对抗时间延迟积分电荷耦合器件成像设备的干扰,采用脉宽为10ns、波长为1.06μm的脉冲激光对其进行了干扰实验.分析了干扰现象与机理,采用数字图像处理方法测量了饱和阈值.结果表明,当激光能量密度为1.33mJ/cm2时,时间延迟积分CCD达到饱和;提高激光重复频率可以取得更有效的干扰效果.

具有快速姿态调节能力的敏捷卫星，可灵活、快速地机动到感兴趣区域并进行成像，大大提高卫星观察的时效性，并扩大观察范围。目前敏捷卫星大多采用星下点推扫成像或沿平行于卫星飞行方向推扫成像的方式，研究机动成像过程中，分析时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)成像参数及图像质量的变化情况，对成像过程中的误差影响进行了分析，给出了关键参数变化情况的仿真结果，提出实现机动成像卫星的控制措施建议。

针对扫描反射镜和电荷耦合器件(CCD)时间延迟积分(TDI)无法完全补偿前向像移和摆扫像移的问题，提出了TDI-CCD全景航空相机像移速度场的计算模型。根据相机结构和像移补偿原理，用坐标变换和共线方程建立了成像几何模型，在此基础上利用微分法推导出像移速度场的解析式。数值分析表明，像点位置越接近CCD靶面的后边缘，扫描角和前向补偿角越大，像移速度越大。对于TDI级数为100、CCD像元数为14000的全景航空相机，当扫描角小于-1.5°、前向补偿角小于4.16°时，可满足最大像移补偿残差小于1 pixel的要求。实验结果验证了模型的有效性，该模型可作为定量分析TDI-CCD全景航空相机像移补偿误差的理论依据。

随着电荷耦合器件(CCD)的不断发展，时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)已成为高分辨率、大F数、轻小型空间相机器件的首选。但受到光学系统畸变的影响，在TDI-CCD积分成像过程中，将不可避免地存在像移，并最终导致成像模糊，使图像调制传递函数（MTF）下降。分析了光学系统畸变引起像移的原因，并给出受畸变影响产生的MTF下降系数fMT,D关于光学系统畸变的表达式。从光学系统设计角度研究了限制fMT,D的方法，给出了光学系统设计结果。设计了焦距f′=9000 mm，F数为13.33，成像谱段为400~700 nm的偏视场同轴四反射低畸变、大视场光学系统。设计结果表明，在使用视场角2ω=2°范围内，波像差优于λ/21，受畸变影响产生的fMT,D为0.969，证明该系统很好地抑制了光学系统畸变对积分成像的影响。研究可为高分辨率、宽视场、大F数的轻小型空间相机的设计提供参考。

针对多谱段时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)输出通道多的结构特点和工作频率高的应用要求，提出了一种多谱段TDI-CCD高速成像系统。采用单片可编程逻辑器件作为成像系统的控制核心，实现了视频处理器组的配置与控制以及12路数字视频信号的整合；采用高速集成视频处理器完成模拟输入电荷耦合器件(CCD)信号的视频处理和需精细调整相位的视频处理相关控制信号及水平转移信号的产生；采用高速集成驱动器实现高速低占空比信号的驱动。实验结果表明该系统满足设计要求，在像素时钟为20 MHz 时工作稳定正常，信噪比大于45 dB，动态范围不低于58 dB，可同时高速获取分辨率较高的全色图像和光谱信息丰富的多光谱图像。

为了解决 TDI CCD光谱响应度检测精度较低、检测方法不够准确等问题, 提出了一套更为科学而准确的高精度 TDI CCD 光谱响应度检测方法。首先, 改进了TDI CCD视频信号处理方法; 其次, 选用不同窄带波长的LED阵列作为光源, 建立一种方便而准确的宽波段光谱响应度检测系统; 然后, 改变TDI CCD接收的辐射照度并检测TDI CCD输出信号, 提出一种高精度TDI CCD光谱响应度检测方法; 最后, 计算所有窄带波长的LED对应的TDI CCD光谱响应度, 绘制TDI CCD在400～900nm波长范围内的光谱响应度曲线。实验结果表明: 此方法覆盖了400～900nm的宽波长范围, 检测方便准确, 同时, 光谱响应度检测误差达0.025。