为研究探测器在单色光照射下大动态范围的辐射响应度是否不变，建立了基于激光的线性测量装置，并对该装置的测量不确定度进行评价。实验根据双光路叠加法，分别采用功率和照度两种模式研究了光电探测器的线性。对于功率模式，实验测量了6个数量级光功率变化下探测器的大动态范围非线性系数；对于照度模式，将激光导入积分球输出光辐射，测量了探测器在3个量级变化下的非线性系数。实验结果表明：当激光功率模式下探测器的输出电流从0.2 mA变至0.2 nA，探测器的非线性系数全部小于±0.02%；当激光照度模式下探测器光电流从200 nA变为0.2 nA，探测器非线性系数小于±0.02%。由此可知，激光线性装置可以实现功率和照度两种模式测量，满足至少6个量级以上的测量。

风云三号B星(FY-3B)中分辨率光谱成像仪(Medium resolution spectral imager, MERSI)的两个短波红外波段(1.64和2.13 μm) 采用光伏碲铬汞探测器,由于辐冷问题导致短波红外波段探测器的实际工作温度远高于设计值,影响了其在轨辐射特性。 对处于高温工作状态的FY-3B MERSI短波红外波段的长时间序列在轨辐射特性进行了较为系统的研究分析。采用冷空观测和 遥测温度时间序列数据开展了工作温度对遥感器响应的影响分析,发现短波红外波段的冷空值与探测器温度之间存在正 相关关系。采用线性模型描述仪器响应的温度依赖性,获得了温度校正因子；温度每变化1度, 1.64和2.13 μm波段冷空观 测值分别变化约0.7%和5%。进行温度校正后,冷空观测时间序列的波动显著降低。采用全球多目标定标方法获得了 短波红外波段的在轨辐射响应变化,在参考温度下,2011年11月至2016年12月,1.64和2.13 μm波段的总衰减分别 约为6%和11%。通过与Aqua中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer, MODIS)的 多年交叉比对分析,发现不管是否在定标过程中进行温度校正,采用基于长时间序列趋势建模的日定标更新后MERSI 与MODIS的辐射偏差较为稳定,可以满足7%的定标指标要求。

研究并对比了6类电荷耦合器件和互补金属氧化物半导体图像传感器的辐射响应均匀性。设计辐射实验,对像素阵列中响应信号在不同统计区域内的像素值增量平均值和非均匀度进行分析与讨论,重点研究了各类固态图像传感器像素阵列全局、区域和代表像元的辐射响应均匀性。实验结果表明:在稳态γ射线辐射场辐照条件下,帧图像中的响应信号增量并非固定值;像素阵列各区域内响应信号的均匀性不因辐照剂量率的变化而变化,对于相同的图像传感器,辐射在任意帧图像中产生辐射响应信号的分布与像素阵列中任意像素在多帧图像中出现辐射响应的分布相同,但由于传感器的本底噪声存在差异,单个像元、区域像素的统计结果与全局存在偏差。本研究为提高基于图像传感器的γ射线辐射探测技术,实现无遮光条件下在线辐射探测提供了理论依据和数据支持。

为校正长波红外探测器辐射响应非均匀性, 抑制非线性和随时间漂移, 提出了一种基于分段两点校正法和局部恒定统计的校正方法. 首先, 对非均匀性噪声建模, 利用分段两点校正法进行粗校正; 其次, 利用绝对偏差中值法剔除异常像素, 并迭代累加得到均值图像; 最后, 对均值图像滤波, 求得校正系数矩阵并对图像精校正. 搭建了原理样机, 进行了两次实验室标定实验和一次外场实验. 实验结果表明: 本文方法可以将黑体图像标准差从2.75降低至2.26, 将外场图像粗糙度从1.47×10－2降低至1.03×10－2. 本文方法复杂度低、鲁棒性强、精度高, 可以有效去除非均匀性噪声.

比辐射星上定标器以太阳照射的漫反射板为参考光源,通过比值辐射计对漫反射板在轨衰变进行修正,实现光学遥感器的绝对辐射 定标及长期稳定性监测。比值辐射计辐射响应特性是影响在轨定标精度的主要因素之一。对比值辐射计辐射响应特性进行了 评估,获取了绝对响应度,并测量了响应非线性、非稳定性。结果表明绝对辐射响应度定标合成不确定度优于2.88%,非线性 优于0.93%,非稳定性优于0.52%,满足在轨定标应用需求。

为了研究CCD与CMOS像素传感器对γ射线电离辐射的响应差异, 对比研究了4类像素传感器的结构特点和辐射响应特性。通过辐射实验, 对各传感器在不同辐射水平条件下的光子响应事件分布、平均灰度值以及典型光子响应事件进行研究。研究结果表明: 光子响应程度均与辐射剂量率相关; CCD像素传感器的沟道传输方式使每列像元间的辐射响应更容易相互干扰; 平均灰度值随剂量率的增大存在明显的梯度, 各积分周期内输出信号灰度值围绕均值上下波动, CCD像素传感器输出信号灰度浮动范围较小; CMOS像素传感器各像元对光子的响应更加明显, CCD像素传感器各像元的响应信号易与相邻像元发生串扰; 各类像素传感器典型辐射响应事件区域中发生光子响应的像元数量随剂量率的增大而增多, 响应事件并非单个光子的行为, 而是反映了多个光子在区域内同时沉积能量的过程。本研究为开发像素传感器的γ射线辐射探测技术和应用提供了重要的理论分析和实验数据支撑。

分析了含有4个晶体管的钳位光电二极管有源像素传感器(4T-PPD-APS)的结构特点以及γ射线光子在像元内的能量沉积过程。通过建立传感器像元及像素阵列仿真计算模型,并结合γ射线辐射响应实验,对有源像素传感器(APS)在不同光子能量及不同放射性水平条件下的响应特性进行了研究。研究结果表明:γ光子在光电二极管空间电荷区内沉积能量并形成扩散光电流是APS发生光子响应现象的根本原因;像素值的平均值随剂量率的增大呈先增大后趋于饱和的趋势;当典型事件区域内出现多个峰值时,像素值的统计值不能准确反映辐射场放射性水平。

为了能采用物理意义明确的函数式来表述大格式电荷耦合器件(CCD)的性能参数，直观地实现对面阵CCD辐射性能的评价，本文提出利用“辐射响应函数矩阵”概念来表述CCD每个像元的辐射性能参量。首先，分析了该矩阵各元素的物理意义，提出了对CCD每个像元的绝对辐射响应度、响应非线性度、暗噪声、信噪比以及非均匀性的描述方法。其次，对面阵CCD KAI-16000进行辐射性能检测，并利用回归分析计算出各像元的响应系数。最后，以测试结果为例，讨论和描述该矩阵的应用和结果。实验结果表明：该CCD近似成线性响应，通过矩阵函数可以计算出CCD非均匀性为3.1%，暗噪声为3.84。此方法实用，满足对大格式CCD直观表述的要求。