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。

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%。

首先介绍了热红外高光谱成像应用的独特优势，然后论述了机载热红外高光谱成像仪（Airborne Thermal-Infrared Hyperspectral Imaging System， ATHIS）灵敏度优化设计方法，结合仪器特点介绍了实验室矿物发射光谱和气体吸收光谱测量的辐射模型，分析了样本红外光谱与温度分离的数据处理流程。在此基础上，利用ATHIS开展了矿物发射光谱和气体红外吸收光谱的实验室测量，结果表明，利用ATHIS仪器和本文建立的数据方法具备准确反演矿物发射率光谱和气体吸收光谱的能力，后续将利用该仪器开展多平台的遥感应用试验，为未来开展星载热红外高光谱相机研制和数据处理奠定基础。

无人机载光电吊舱对其载荷体积重量的要求苛刻，为了满足8～12.5 μm红外探测需求，设计并实现了一种轻巧紧凑的长波红外光学系统。系统F数为2，口径为150 mm，总视场为2.34°。光学系统采用二次成像折反射式结构，将常用的卡式主系统简化为折叠牛顿式主系统，将球面次镜简化为平面镜折叠光路，轴外像差通过非球面校正镜组校正。主系统采用全铝光机结构，结合后光路的光机材料匹配，在工作环境温度范围内，光学设计传函高于0.41@17 lp/mm，具有100%冷屏效率，而体积仅为Φ152 mm×125 mm。整机装调后，全视场传函高于0.24@17 lp/mm，像质清晰，满足预期。光学系统设计巧妙、结构轻小紧凑、加工装调成本低。设计思路和研制方法可为类似应用的无人机载光电吊舱长波红外仪器的光学系统提供参考。

探测月球与行星表面物质化学成分是了解其起源及演化历史的关键，而光谱探测技术则是物质成分识别与定量反演研究的重要手段。原位（In-Situ）光谱探测有别于空间探测中的环绕器遥感及采样返回探测，是指在目标现场进行的近距离光谱探测。我国“嫦娥三号”任务科学研究与资源勘查，需要开展月球表面原位光谱探测技术研究，突破凝视型时序扫描的新型声光光谱探测关键技术，研发适应表面恶劣环境的高性能、轻小型、高可靠仪器，在国际上率先实现月球表面光谱原位探测及分析。论文结合以“嫦娥三号、四号”为典型应用的红外成像光谱仪，介绍据此发展起来的月球表面原位光谱探测技术，包括探测机制、工作模式及仪器的功能、性能与应用；最后，也简要介绍了即将应用的“嫦娥五号”月球矿物光谱分析仪。

介绍了机载热红外高光谱成像仪样机的低温光谱仪设计特点，为了检测系统的光谱识别能力，在实验室开展了详细的光谱性能测试。为满足气体探测对超高光谱精度的需求，提出了采用CO₂激光器结合高精度单色仪的方法应用于色散型高光谱成像系统。在实验室对氨气气体进行了准确的红外吸收光谱测试，表明系统可用于气体探测及识别。在此基础上，开展了飞行试验，应用结果表明热红外高光谱可以有效开展城市典型建筑物分类、工业化学气体排放种类和形态监测等应用，特别是后者是目前其它光学遥感手段尚不具备的。以上研究和试验结果表明机载热红外高光谱成像仪已经具备了业务应用能力，后续将在仪器辐射定量化精度的提升方面进一步开展研究工作。