为满足红外成像产品在复杂多变环境下的适应性并实现产品的使用功能，对空间冷光学长波红外相机设计进行了研究。首先进行了相机的结构设计；然后运用Partarn/Nastran有限元软件对相机进行了分析，探究了温降和重力对各透镜面形的影响，计算了相机的前三阶模态，并对相机进行了波像差测试；最后在真空低温环境下完成了相机的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)测试。试验结果表明，相机中心视场面形的均方根(Root Mean Square, RMS)值优于1/50λ，MTF计算值为018719，满足低温红外相机成像的精度要求。

对于温度灵敏度优于10 mK的长波红外相机, 如何精确测量表征其灵敏度的指标-噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference, NETD), 是一项重要的工作。首先, 依照尽量缩短标准辐射传递链路减少误差项的原则, 对比不同的测量方法, 选取“黑体直接测量法”; 其次, 基于相机噪声理论模型, 对不同温度点下的实测噪声分析, 提出噪声修正方法对噪声进行修正, 以此减小环境影响带来的测量误差; 最后, 基于NETD测量计算公式及不确定度分析理论对测试结果的不确定度进行分析评定。结果表明: 针对甚高灵敏度长波红外相机所采用的测试设备及方法, 可满足测试要求, 测试结果相对不确定度在7.7%左右。

为消除长波红外相机在轨扫描成像的地面畸变, 研究了变焦扫描成像畸变消除系统控制技术。针对变焦扫描控制的多电机位置同步要求, 提出一种高精度多电机位置同步算法。依据设计的变焦扫描成像控制原理, 设定每个扫描时刻点变倍组电机和补偿组电机的同步位置。变焦控制系统实现与扫描控制系统的同步计时, 根据当前位置和下一时刻的同步位置, 每隔0.01 s计算出电机的运行速度, 实时对电机的速度进行控制。实验结果表明, 变倍组和补偿组电机的位置同步偏差分别在±0.003 mm、±0.002 mm以内; 沿轨方向地面分辨率的最大偏差不超过±0.047 m。长波红外相机在连续变焦扫描控制过程中成像清晰, 达到消除畸变的效果, 满足变焦扫描成像的要求。