针对星载紫外成像光谱仪展开研究，设计了一种用于监测大气环境污染变化的光谱仪结构组件。在初始结构基础上，采用变密度拓扑优化方法，确定重要部件材料的最佳分布。在此基础上分析了关键尺寸参数对系统性能的灵敏度，建立以第二代非支配排序遗传算法为优化算法的多目标优化模型，完成光谱仪结构组件的尺寸优化设计。优化后，结构重量降低58.7%。对设计后的结构进行了静、热分析及杂散光分析，分析结果均满足光学系统要求。动力学分析分析结果与试验结果最大误差为4.72%，力学试验前后结果对比得到光谱特性测试的最大变化为0.4个像素，证明了提出的紫外成像光谱仪结构组件设计的合理性和可靠性。

针对小行星天基光学监测中的可见性问题，基于辐射度传输理论，引入黄道光和银道光亮度模型，建立了小行星天基光学监测的信噪比模型。结合设计的可见光传感器和望远镜的性能参数，计算了目标小行星相对望远镜的信噪比和视星等随时间的变化；考虑极限信噪比和太阳规避角，计算了地球领航轨道可见光望远镜对不同直径小行星的极限监测距离；改变小行星的物理参数，研究了信噪比和视星等对小行星物理参数的敏感性。结果表明：目标小行星在给定的场景时间内相对望远镜距离增大了约0.09AU，视星等增大了约0.51，目标小行星在口径为0.7 m的望远镜中信噪比减小了约3.78；由于观测天区覆盖地球周围0.05AU的空间，在地球领航轨道部署可见光望远镜预警来自太阳方向的小行星具有明显的优势，能为直径20 m的小行星提供750万公里的预警距离；在可见光波段，小行星的信噪比和视星等对反照率敏感，对温度和发射率不敏感。所建立的小行星天基光学监测信噪比模型可为小行星天基光学监测的信噪比动态分析和预警距离评估提供理论依据。