研究了一种在1.0~2.5 μm短波红外波段上可用于机载精准农业观测的成像光谱仪光学系统。研究分析了用于精准农业探测所需的成像光谱仪科学性能参数, 着重改进了Dyson成像光谱仪系统并获得了完善的消像散条件, 使得其各组成部分在沿光轴方向和垂直光轴方向均具备足够的空间, 确保了狭缝、探测器和光学镜片的光机结构放置。设计成像光谱仪具备良好光学性能, 光学系统F数为1.5, 视场28°, 狭缝长度25 mm, 光谱分辨率12.7 nm, 空间分辨率1 mrad, 系统像差得到充分校正, 公差比较宽松。该系统的研究将为精准农业遥感应用提供一种思路。

本文主要设计一种新型的可用于机载的紫外-可见-近红外高光谱成像系统，从而为沿海水色环境与污染观测提供一种有效的观测仪器。首先,根据探测目标特点确定了仪器系统的性能设计参数，选择了Dyson成像光谱系统来满足系统在宽谱段上的高信噪比和高光学性能; 但Dyson成像光谱系统的结构过于紧凑，因此对Dyson成像光谱系统进行了研究，调整了狭缝、像面和光学元件的位置，使它们在轴向和垂直轴向上均具备足够的间隔，并在这种大空气间隔下分析了系统的完善消像差条件。通过光程分析和弯月透镜的加入，使改进型Dyson系统在0.278的数值孔径和320~1 000 nm的宽波段上具备良好的成像结果，全视场全波段MTF值在探测器奈奎斯特频率下(38.5 lp/mm)高于0.5，研制原理样机的光谱分辨率为3.375 nm，满足设计要求。该系统可为沿海水色环境的高光谱观测提供良好的工程应用基础。

为解决传统Dyson成像光谱系统结构过于紧凑而难于实际应用的缺点, 通过减薄半球透镜厚度和偏置狭缝位置的办法, 将狭缝、像面与半球透镜之间拉开了足够的轴上距离和垂轴距离; 结合光程进行分析, 获得了改进后Dyson系统的消像散条件; 在半球透镜和凹面光栅之间增加两个球面透镜, 对轴上距离带来的额外球差和色差进行校正.结合改进的Dyson成像光谱仪和Schwarzschild双反射镜系统, 设计了宽波段、小F数高光谱成像仪光学系统.对一工作波段为320~1 000 nm的实例设计结果进行分析可知, F数为1.8的全系统像差得到充分校正, 全视场全波段调制传递函数值在0.5以上, 光谱分辨率达到3.6 nm.该系统可用于沿海环境的高光谱观测.