视频光谱成像技术是目前遥感探测发展的一个重要方向，可以实现4维信息获取（两维空间+光谱+时间），对于动态目标探测等应用场景有十分重要的意义。目前的技术手段是以滤光片方式为主，不具备光栅作为分光元件时的高光谱分辨率优势。基于此，提出了非耦合狭缝阵列扫描光谱成像（uSASHI）和编码狭缝阵列扫描光谱成像（cSASHI）系统，通过增加狭缝数目的方式，实现同一时刻多个视场信息的获取，极大地提升信息获取效率。uSASHI的每个狭缝获取信息之间不会耦合，n条狭缝可以实现n倍的信息获取效率的提升，cSASHI的狭缝按照压缩感知理论排列，可以实现欠采样条件下（采样率α≤1）视频光谱成像，信息获取效率可以提升n/α倍。本文设计的系统最终实现了1024*496*30的光谱数据立方体10 Hz视频光谱成像方式，cSASH实现了更高帧频。所提系统为视频光谱成像技术提供了新的方向，为未来动态目标探测等应用打下了基础。

基于声光可调谐滤波器（AOTF）的光谱仪器已经在生物医学、农业、航空航天等领域中广泛应用。然而，传统的AOTF光谱仪很难在保持光谱分辨率和减少采样次数的同时，还实现系统光通量的增加。针对上述问题，本文提出了一种基于压缩感知理论的AOTF光谱测量方法，利用AOTF可多频驱动的特点，在光谱维度上实现稀疏随机编码复合光信号调制，可利用单元或面阵探测器顺次记录完成压缩采样，再通过压缩感知重建算法获得目标光谱曲线或光谱图像数据立方体。为了验证本方法的有效性，我们利用实际测量得到AOTF光谱响应带宽数据，构建传感矩阵，以展宽光谱为恢复目标，仿真了压缩采样和目标数据重构效果。仿真结果表明，该方法可以通过202次压缩采样，重构得到512个波长点的光谱数据，光谱数据采样率和压缩比为0.39。此采样率下，本方法可以高精度恢复光谱曲线，PSNR指标达到41.75dB，SAM和GSAM指标为0.9998和0.9754。多频同时驱动下，系统光通量平均提升了5倍。与传统逐波长点扫描的采样方式相比，该方法能够在保持原有光谱分辨率的前提下减少总采样次数，提高系统的光通量，同时还压缩了光谱数据，在微弱信号检测、物质快速识别以及光谱数据传输和存储等领域具有十分重要的意义。

相对可见光和短波红外谱段来说，在红外谱段进行高光谱遥感成像具有独特优势，特别是在资源勘查、地表环境监测、大气环境监测、**侦察方面。尽管当前红外高光谱成像仪主要以机载为主，还未实现星载，然而国内外相关机构从未放弃推进红外高光谱遥感的星载化。文中首先分析了国内外典型的红外高光谱成像仪的设计、实现与技术指标，从光谱分辨率、空间分辨率、辐射分辨率三个核心指标总结了现有红外高光谱成像仪的技术特点、存在问题和解决途径。未来很长的一段时间内，红外精细分光、低暗电流焦平面探测器、低温光学与背景抑制仍然是红外高光谱成像仪研制所要解决的核心问题。在此基础上，文中重点介绍了在远距离气体探测方面的应用，并分析了其独特优势。最后，展望了红外高光谱成像技术的发展方向。

针对空间光通信中精跟踪系统的精度易受外界干扰影响的问题，在典型光通信终端的传统精跟踪系统的基础上，提出了附加集成模块的设计方法，并采用非支配排序遗传算法II得到全局最优控制器参数，实现了一个精跟踪系统智能搜参方法。基于某典型光通信卫星终端在轨实测的角干扰数据，仿真对比结果表明，在保持闭环系统稳定性的基础上，可以提升33.7%的误差抑制带宽，提高全频段的干扰抑制能力约19.5%，其中10 Hz以内的干扰误差抑制性能提升幅度高达95%以上。搭建了实物验证系统，实测结果表明，该系统的跟踪精度和干扰抑制性能相比传统系统大幅度提升，其中10 Hz以内的提升幅度超过20倍。该精跟踪系统的实验结果与仿真结果具有较好的吻合度，对未来空间光通信领域的发展有重要意义。

为了实现空间光通信中高精度的链路，本文重点研究了影响面阵探测器对于目标定位精度的关键因素。首先从机理上分析了质心算法的误差，并仿真验证了满足空间无损采样条件的必要性。我们定义了NU值并以此为指标来量化探测器的非均匀性，随着NU自0开始线性增长，质心的定位误差持续增长但是速度放缓。当NU值为0.005时，最大定位误差为0.043 像素。在目标入射到光学系统的光强不断改变的条件下，NU值越小，质心位置越接近光斑的真实位置。我们通过实验测试了某种典型的CMOS探测器在不同光照强度下的像元响应，建立了像元响应非均匀性的数理模型，计算出NU值于线性响应范围内在0.0045到0.0048范围内波动。光斑质心定位精度的实验结果表明，绝对定位误差小于0.05 像素，可以满足高精度链路的需求，验证了理论和仿真的有效性。

A hertz-linewidth ultra-stable laser (USL), which will be used to detect the clock transition line, in a strontium optical clock will be launched into the China Space Station (CSS) in late 2022. As the core of the USL, an interference-filter-based external-cavity diode laser (IF-ECDL) was developed. The IF-ECDL has a compact, stable, and environmentally insensitive design. Performances of the IF-ECDL are presented. The developed IF-ECDL can pass the aerospace environmental tests, indicating that the IF-ECDL can be suitable for space missions in the CSS.

借助于称重测量原理的噪声抑制效果，提出了一种基于S矩阵狭缝阵列的短波红外光谱成像方法，通过构建S矩阵狭缝阵列替换光谱成像系统的单狭缝，实现空、谱信息的混叠测量。对该系统的探测器噪声和光子噪声进行了分析，计算了系统噪声抑制效果。仿真结果表明，该方法在弱光条件下可有效地降低噪声水平，提高成像质量。搭建了原理样机进行成像实验，对一均匀面目标成像，通过对比单狭缝成像数据，使用S矩阵狭缝阵列的光谱成像方法在23%和10%探测器势阱光强下信噪比分别提升了9%和21%。

基于压缩感知的光谱成像系统需要合适的算法解码采样数据才能得到最终的光谱成像数据，传统单稀疏域变换算法会带来光谱细节损失等问题。针对该问题，本文提出了利用双稀疏域联合求解的方法（JDSD），将信号分解为低频部分和高频部分，并针对不同频率信号特点分别进行稀疏恢复，进而解码求解以实现高精度恢复信号。在数据验证中，首先利用OMP算法在频域内对光谱信息轮廓进行恢复，利用IRLS算法在空间域内对光谱细节进行补偿，分析了不同稀疏变换对于参数设置的影响，测试了不同算法组合的JDSD对于测试数据的恢复结果。对于500种光谱数据仿真测试表明，双稀疏域联合求解可将光谱恢复保真度大大提升，20%采样率情况下，SAM和GSAM指标由传统方法的0.625和0.515分别提升为0.817和0.659，80%采样率情况下，SAM和GSAM指标由传统方法的0.863和0.808分别提升为0.940和0.897。JDSD算法可以使得光谱吸收峰等细节特征得到高精度保持，对于基于光谱的特征分析、物质识别等应用具有十分重要的意义。