根据大视场短波红外成像光谱仪的要求,考虑到市售探测器的限制,提出了视场分离的方法,分析了视场分离方法的原理.利用此方法设计了一个星载大视场短波红外成像光谱仪光学系统,该系统由11.42°远心离轴三反消像散前置望远系统和2个Offner凸面光栅光谱成像系统组成,运用光学设计软件CODEV和ZEMAX对成像光谱仪光学系统进行了光线追迹和优化,并对设计结果进行了分析,分析结果表明,光学系统在各个谱段的光学传递函数均达到0.7以上,完全满足设计指标要求.

研制了一台可以在250nm-400nm波段测量绝对光谱辐亮度和绝对光谱辐照度的扫描式光谱辐射计，辐亮度辐照度相对定标准确度2％，可用于UV—A、UV—B紫外波段地基观测．通过在丢南丽江地区（26°52′N，100°13′E）开展的大气散射光谱辐亮度和地面太阳直射紫外光谱辐照度观测试验，进一步检验了仪器的性能．观测数据与利用MODTRAN模式模拟计算值存在约8％的偏差，分析了产生偏差的相关因素．

分析了大气临边成像光谱探测的原理,依据应用要求设计研制了光栅色散型紫外/可见临边成像光谱仪原理样机。该样机采用宽波段折射式消色差前置望远光学系统与改进的Czerny-Turner光谱成像系统匹配的结构形式,工作波段为540～800nm（一级光谱）和270～400nm（二级光谱）,通过切换紫外、可见带通滤光片来实现两个波段分别探测,质量为8kg,体积为450mm×250mm×200mm。用该样机进行了实验室光谱实验,并对光谱分辨率进行了分析,测量了该样机的实际光谱分辨率。测量结果表明,该样机的实际光谱分辨率为1.3nm,接近其理论光谱分辨率1.12nm,满足设计指标1.4nm的要求,并具有体积小、质量轻等特点,适合空间遥感应用。

对紫外臭氧垂直探测仪波长扫描机构中的凸轮廓线、摆杆长度和齿轮组传动等误差,及受温度因素对波长精度影响进行分析,得出理论波长精度为±0.035nm。地面采用C-T型1.5m单色仪和标准氘灯相结合的新方法,对大气臭氧吸收12条波长及160～400nm光谱进行波长定标,分析定标的不确定度为±0.026nm。通过在轨波长测试的结果表明：仪器的波长精度为±0.023nm,与理论分析值相符,验证了波长精度的理论分析、定标方法和不确定度计算的正确性。

用于大气临边探测的高光谱成像仪是一种探测大气痕量气体的新型空间光学遥感仪器。分析了利用高光谱成像仪进行大气临边探测的原理,设计并研制了一台紫外/可见高光谱成像仪原理样机,该样机光学系统由前置望远系统和改进的Czerny-Turner光谱成像系统组成,工作谱段为280～390 nm和560～780 nm,通过转轮切换紫外、可见滤光片分别探测这2个波段。高光谱成像仪原理样机质量为15 kg,体积500 mm×350 mm×200 mm。对该样机的性能进行了检测并测量了低压汞灯的光谱。性能检测结果表明,空间分辨力为0.44 mrad,光谱分辨力为1.3 nm,均满足设计指标要求。该样机结构紧凑、质量小,在空间大气痕量气体探测领域有广泛的应用前景。

以辐射度学为理论基础，推导出了发散光和平行光两种照射方法标定的空间紫外遥感仪器光谱辐照度响应度的结果表达式，分析了影响两种照射方法定标结果的因素。通过相关的测试实验，数值估算了采用发散光照射方法为仪器进行辐照度定标时所引入的定标方法误差。计算结果表明，在假设平行光辐照度值均匀及发散光源为朗伯光源的情况下，采用发散光照射方法定标时所引入的定标方法误差小于1．2％。数值估算结果对于采用发散光照射方法为空间紫外遥感仪器进行光谱辐照度定标具有一定的指导意义。

对空间成像光谱仪非球面镜使用多目标优化遗传算法,结合多属性决策方法建立了对空间成像仪器中光学镜体轻量化优化的算法。以镜体的面形精度、重量和固有频率为3个优化目标函数,通过优化影响三者的参数达到获得最优轻量化效果。对优化模型进行了动力学和温度载荷的有限元分析,并按照优化模型进行了试制和相关的实验。模拟与实验结果表明,优化后的镜体受惯性和温度载荷所引起的应力小于材料本身的屈服强度,变形满足面形精度要求,且有理想的精度和动态刚度。

为满足大气CO2吸收光谱测量的要求,基于成像光谱仪基本工作原理和光学设计理论,设计了一种近红外CO2吸收光谱高光谱分辨率成像光谱仪。它采用简单平面反射光栅光谱仪结构,由入缝、两片聚焦透镜、平面反射光栅及两片成像透镜组成。透镜材料为普通常用光学玻璃,为减化系统结构透镜采用了二次非球面设计。采用ZEMAX软件对近红外光谱仪的光学系统进行了优化设计与模拟分析。最终设计与模拟分析结果表明,该光学系统光谱范围为1591～1621nm,分辨率〈0.08nm,F数为1.8,满足设计要求。