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成像光谱技术作为遥感领域内重要的一项对地观测技术,其获取的高分辨率光谱图像在国民经济建设和科研等行业都有着重要的作用。随着空间分辨率、光谱分辨率的不断提高,高灵敏度信息获取系统成为进一步提升成像光谱仪高分辨性能重要的关键技术之一。本课题基于国产HgCdTe短波红外焦平面组件,对短波红外高灵敏度成像关键技术及常温目标热成像、高光谱成像等方面的应用展开深入的研究。本论文的主要内容及创新点包括:1)论文从理论上详细分析了系统时域和空域噪声的产生机理,依据完善的系统信噪比模型,提出提高系统信噪比的方法。通过采用与探测器阻抗相匹配的前放、低噪声偏压以及降低系统带宽设计等电子学降噪手段,并进行了仿真验证和实验测试,建立了一套低噪声高速信息获取系统。经测试,在10MHz采样频率、100Hz帧频、10ms积分时间条件下,信息获取系统的本底总噪声小于231e~-,其中电路噪声小于10e~-。2)提出了高灵敏度短波红外系统对常温目标热成像的设想,并展开了分析研究和实验验证。对短波、中波和长波三个宽谱段凝视成像系统的噪声等效温差(NETD:Noise Equivalent Temperature Difference)进行计算和比较。计算的结果表明了高灵敏度短波红外成像系统在温差范围较小的场景中进行热成像的优势,展现了短波红外热成像的应用潜力。本论文还进一步分析了短波红外成像系统对常温目标进行热成像,NETD高于100mK的指标对系统截止波长、暗电流以及探测器读出噪声的要求。在实验室进行了短波红外系统的热成像,在黑体310K温度时系统的NETD达到24mK,首次实现了高温度灵敏度短波红外系统的常温目标热成像应用。3)为了解决短波红外系统动态范围小而无法实现对复杂、辐亮度变化大场景的高灵敏度探测的困境,本文采用了一种基于持续积分多次读出(IMRO:Multiple readouts per integration period)工作模式下获取大动态范围图像的方法。这种方法通过多曝光时间图像融合的方式扩展了短波红外系统的动态范围,实现了对强目标和微弱目标的同时探测。本课题的方法将系统的动态范围从70.5dB扩展到90.6dB,实现一种全新的大动态范围微光图像的获取。4)研制的低噪声探测系统应用于3nm光谱带宽的机载短波红外高光谱成像仪,单机系统实现了地面光谱成像。与紫外、可见近红外、热红外等模块集成之后进行了飞行试验,获取了1.5m地面分辨率的高光谱图像,达到了预期效果。对系统进行了光谱定标,定标结果表明系统的光谱分辨率满足设计要求。