对于在低温背景条件下应用的红外焦平面探测器，在其设计阶段首先需要确认的是探测器在低温背景下的主要性能参数是否满足应用需求。通过单元探测器的基本理论公式，从性能测试的角度，推导出了焦平面探测器主要性能指标的理论计算公式，包括峰值响应率、噪声、峰值探测率、动态范围等。提出了红外焦平面探测器主要性能参数计算的设计流程，并通过实例对长波红外焦平面探测器在低温背景下的性能参数进行了计算、设计及验证，实测结果与理论计算符合较好。表明了理论公式及设计流程具有较好的实用性，可为红外焦平面探测器的应用设计提供参考。

红外焦平面的数字读出是信息化发展的必然方向, 其关键技术是数字读出电路。介绍了数字读出电路的发展现状和主要架构, 重点分析了时间噪声和空间噪声的来源和影响, 并给出低噪声设计指导。同时对线性度、动态范围和帧频等主要性能进行了讨论, 设计了两款数字读出电路。采用列级ADC数字读出架构设计了640×512数字焦平面探测器读出电路, 读出噪声测试结果为150 μV, 互连中波探测器测试NETD为13 mK。基于数字像元读出架构设计了384×288数字焦平面探测器读出电路, 互连长波探测器测试NETD小于4 mK, 动态范围超过90 dB, 帧频达到1 000 Hz。所设计的两款读出电路有效提升了红外焦平面的灵敏度、动态范围和帧频等性能, 表明数字读出电路技术对红外探测器性能的提升具有重要作用。

针对320×240像素非制冷红外焦平面探测器, 设计了一个工作波段为3.7 μm~4.8 μm的红外变焦光学系统。该系统由6片全球面透镜组成, 采用硅和锗两种常见的红外材料, F数为2.5, 后工作距为20 mm, 可以实现15 mm~150 mm范围内连续变焦。设计评价结果表明: 光学系统在探测器奈奎斯特频率16 lp/mm处, 变焦范围内全视场MTF大于0.6, 0.7视场MTF接近0.7, 整体接近衍射极限。焦平面探测器敏感元能量集中度大于70%, 具有大相对孔径、长工作距、全球面的特点。在-20 ℃~60 ℃温度范围内, 成像质量满足设计要求。

采用线列焦平面探测器成像须借助光机扫描覆盖视场，而高线性大摆角的扫描器是实现高性能扫描型热像仪的重要条件。针对基于某支撑技术而研究的大摆角扫描器做光机优化设计，对所需电机驱动转矩进行理论计算和选型，并用 Motion进行仿真验证，验证结果能达到设计要求。

报道了γ射线辐照对薄膜材料碲镉汞(Hg_1－xCd_xTe)制备的中波红外焦平面列阵探测器性能的影响。γ射线辐照的剂量依次为3×10⁶rad、9×10⁶ rad、2×10⁷rad。测量了器件在辐照前及各个剂量辐照后的Ⅰ－Ⅴ特性、黑体响应、噪声等性能参数。通过分析实验数据，发现器件的暗电流，噪声随辐照剂量的增加而增大，黑体响应随辐照剂量的增大而减小。其中Ⅰ－Ⅴ特性受辐照影响最大，黑体响应和噪声对辐照不是很敏感。这些表明随着辐照剂量的增加，器件的性能逐步衰退。