大气临边辐射作为一种重要的大气参数测量手段，具有重要的科学和应用价值。近年来，随着低轨卫星星座技术的快速发展，红外探测仪作为临边探测获取数据的重要手段之一，正朝着小型化和多谱段化的方向发展。由于小型化红外探测仪内部空间有限，光机系统无独立制冷，复杂的内部热场很容易对探测仪灵敏度产生影响。因此开展小型化红外探测仪内部热场对灵敏度影响的研究是十分必要的。本文针对自研的小型化多谱段红外探测仪，通过建模仿真分析了探测仪内部热场存在的问题，提出了热设计改进方案。设计了常温和低温灵敏度测量试验，验证了内部热场对探测仪灵敏度的影响，并提出了通过降低内部光机系统温度来提高探测仪灵敏度的方法。试验结果与仿真分析相互印证，为进一步提高小型化红外探测仪灵敏度奠定了基础。

本文首先介绍了红外探测仪的结构组成、内部热源和热控难点。根据红外探测仪内部结构建立了热传导模型，对红外探测仪内部热平衡过程进行稳态和瞬态的有限元数值计算，确定了探测仪热平衡过程中内部关键位置的温度分布和变化情况，从强化结构表面之间的热传导和优化结构布局以降低热量聚集的角度，提出针对性的热结构优化方案。在热仿真计算的基础上，设计了常温下的灵敏度测量试验，证实了红外探测仪内部热场对灵敏度的影响，并提出了一种通过强化底板散热能力来提升探测仪灵敏度的方法。另外，在设计真空环境下的低温灵敏度测量试验中，考虑了红外探测仪外表面热辐射对试验测量精度的影响，通过有限差分法计算了试验中目标黑体的反射辐射，指导了低温灵敏度测量试验的设计。在低温灵敏度测量试验中，建立了一种逐像元的数据反演处理方法，通过对试验得到的灰度图像进行逐个像元的提取处理，提高了灵敏度测量和红外探测数据反演精度。试验结果进一步证实了探测仪内部热场对灵敏度的影响，强化散热带来的灵敏度的提升十分明显，为进一步优化探测仪内部热设计，提升探测仪性能奠定良好基础。

本文结合红外探测仪热仿真分析和灵敏度测量试验结果，探究了小型化红外探测仪内部热场对灵敏度的影响，提出了红外探测仪内部热结构优化方案。设计了常温与低温下的灵敏度测量试验，提出了通过底板控温来降低红外探测仪内部温度，进而提高红外探测仪灵敏度的方法。为该自研红外探测仪开展在轨临边大气背景辐射探测奠定了基础。