对于隐蔽目标的探测, 雷达技术是常用的手段, 现已发展出探地雷达、穿墙雷达等技术。毫米波具有一定的穿透能力且可以成像, 毫米波辐射计可全天候、全天时工作, 且系统相对体积小、成本低、使用方便, 因而受到越来越多的关注。对于浅埋的金属目标, 提出利用其毫米波辐射成像进行探测, 并利用区域生长法提取图像中的单个感兴趣目标, 依据其辐射温度加权计算目标中心。实验研究表明, 利用该方法处理可探测到浅埋的金属目标, 并提取出感兴趣的单个目标及其特征, 以作为进一步应用的参考。

风云四号是地球静止三轴稳定平台气象卫星,装载其上的辐射成像仪受剧烈的外热流日周期和年周期变化的影响, 扫描机构和主光学系统等关键部件的温度每天波动可达40℃以上.光学及支撑结构如何适应剧烈的环境温度变化, 并保证良好的像质, 是地球静止三轴稳定平台遥感仪器系统设计的国际性难题.多种特性材料的匹配性设计以及适当支撑结构形式的采用,是避免和减少因温度大幅波动引起的光机变形及成像质量下降的良好策略.在轨数据表明, 辐射成像仪克服了昼夜温差大的不利影响, 敏感恒星时的弥散斑几乎仅覆盖一个像素, 而且正午和子夜结果差别不大.

为了探索杆箍缩二极管(RPD)在冲击加载下物质低密度区成像应用中的可行性，开展了低电压(≤500 kV)运行条件下RPD箍缩物理特性模拟研究。基于Particle-in-cell(PIC)模拟方法，从二极管加载电压幅值、阴极盘厚度、阴阳电极孔径比等方面开展了二极管模拟，从电子箍缩效率、质子流、电子利用率、电场和磁场分布等角度对箍缩物理过程进行了分析。模拟表明：低电压运行条件下普通结构二极管电流较低，不能为电子提供足够的磁场力从而导致较低的电子箍缩效率；采用组合杆结构，并优化阳极杆到轫致辐射靶区的过渡区设计，是在低电压条件下实现小焦斑、高剂量辐射光源的值得探索的技术途径。

在辐射成像系统的设计研发中, 经常需要计算系统的各项物理性能指标。为了提升产品研发的效率, 同方威视联合清华大学, 基于蒙特卡罗程序包Geant4, 研发了国内首套具有自主知识产权的辐射成像系统模拟软件NucRPD(NUCTECH Radiography Performance Design Tools), 其能够快速、精确地模拟系统的各项性能指标。该软件对常用的一些辐射成像系统进行了参数化建模, 用户通过修改软件界面上的少量参数, 就可以快速建立各类辐射成像系统的几何体、源项、物理模型和统计量, 然后在服务器上以并行计算方式完成模拟计算, 能在较短的时间内模拟出系统的性能指标, 并给出直观的图形帮助用户深入理解模拟结果。NucRPD的模拟结果经过了大量的实验验证, 其剂量场分布和物理指标等模拟结果和实验结果符合得很好。NucRPD已经应用于同方威视辐射成像系统产品的设计研发, 在产品的物理指标优化和辐射防护优化中发挥了重要作用。

为了深入研究杆箍缩二极管的物理性能，采用蒙特卡罗方法对中国工程物理研究院流体物理研究所1.2 MV“天蝎”X光机的杆箍缩二极管进行模拟研究，包括PIC模拟和光电子输运模拟。着重分析了杆箍缩二极管结构参数与阻抗及出光剂量等的关系，发现阻抗和出光剂量与阴阳极半径比正相关，而出光剂量和杆探出长度正相关。提出一种阻止阴极盘后表面发射电子的设想，有望显著提高X射线辐射剂量。

搭建了基于像素阵列碲锌镉晶体的辐射成像探测系统，采用X射线源完成了不同管电压条件下的成像探测实验。实验结果表明，在保持较高辐照通量的条件下，管电压的增大会导致探测器出现范围逐渐扩大的无信号响应屏蔽区域，无响应区域边缘像素出现非线性信号变化。进一步通过建立探测器有限元模型，求解了第一类边界条件电势泊松方程，仿真模拟了不同特征光子能量及线性衰减系数条件下，碲锌镉晶体内部电势及电场分布。仿真结果表明，随着入射光子能量及线性衰减系数的变化，辐照中心的晶体内部出现相对高电势区域，造成电子载流子迁移路径出现扭曲而使得相应位置像素电极无法获得载流子感应电荷信号；而晶体内部相对高电势区域范围的非线性变化，是信号屏蔽区域边缘的像素单元信号随着入射光子能量的增加出现非线性变化的主要原因。

辐射成像系统中，射线沿闪烁体厚度方向产生的光经过镜头形成一个弥散的像。这通常是此类系统空间分辨的主要限制因素。建立了几何光学成像模型，描述了近心光路中此图像的空变特性。用点扩散函数均方根半径表征系统空间分辨性能，给出了图像点扩散函数均方根半径的表达式，其与闪烁体厚度、折射率、镜头相对孔径、成像倍率、射线入射点相对位置直接相关。将硅酸镥晶体3维发光强度分布与镜头进行耦合，分析了闪烁体发光强度分布对耦合的影响。采用点扩散函数均方根半径为最小的原则，建立了一个推导闪烁体相对于物镜放置在最佳位置的方法。

考虑载流子陷获效应建立了碲锌镉(CdZnTe)像素阵列探测器感应电荷分布模型，并从非平衡载流子连续方程出发，推导了晶体内部陷获载流子数密度分布，得到了CdZnTe探测器成像调制传递函数评价模型。数值计算结果表明：随入射光子能量的增加，探测器成像质量明显下降；当电子载流子与空穴载流子迁移寿命积范围分别为0.5×10-3~5.0×10-3 cm2/V，2.0×10-5~7.5×10-5 cm2/V时，电子载流子感应信号是探测器响应信号的主要来源，而空穴迁移寿命积变化对探测器成像性能的影响有限，所建立模型的载流子收集特性与实际探测器载流子收集特性相符。搭建了40 mm×40 mm的CdZnTe成像探测系统，探测并获得了系统预采样调制传递函数。实验结果表明: 模型理论值与实验数据相符合，实际CdZnTe晶体中存在的固有深能级缺陷、实验所采用的非单色性X射线源及较大的实际像素间隙是造成理论值与实验结果存在一定偏差的主要原因。