针对超光谱分辨率成像光谱仪多通道探测需求，本文设计了一种超光谱分辨率紫外双通道共光路成像光谱仪。该成像光谱仪望远系统采用视场离轴的离轴三反结构，分光系统采用了具有小型轻量化优点的改进型Offner结构。通过对Offner光谱仪结构的理论推导，得出了满足超光谱分辨要求的双通道共光路Offner初始结构参数。为了提高成像光谱仪的成像质量，在Offner结构中引入弯月透镜，并对系统进行逐步优化。最终得到的双通道共光路成像光谱仪工作波段为280~300 nm和370~400 nm，在奈奎斯特频率为27.8 lp/mm时，双通道的调制传递函数（MTF）均优于0.8，全视场均方根半径（RMS）均小于9 μm，光谱分辨率均优于0.1 nm。本文研究对天基超光谱探测成像光谱仪小型化、集成化设计具有重要意义。

为了对作物进行更灵敏、更高效的生长监测，国内外相继设计了各类高光谱分辨率的光谱仪用来探测叶绿素荧光效率。本文对传统Offner光谱仪系统进行改进，得到了光谱分辨率更高的整体结构。光学系统选用双反望远系统，光谱仪部分采用高刻线密度反射型凸面光栅，实现更高的光谱分辨率。在此基础上，添加放大透镜以满足长狭缝需求，同时得到了一种狭缝-像面在光栅同一侧的Offner结构。利用codeV软件对望远系统和光谱仪部分的初始结构进行优化。结果表明，工作在670~780 nm波段时，光谱分辨率为0.3 nm，在17 lp/mm截止频率下整体调制传递函数MTF>0.75，各视场条件下弥散斑均方根半径RMS<15 μm。由此可知，该方法可以满足作物生长叶绿素监测领域的高精度、实时性要求。

为满足在各种谱线分布下对遥感仪器的光谱辐射定标，减小辐射定标光源对空间光学遥感仪器定标系数的影响，解决目前辐射定标光源光谱模拟精度低、光谱动态调节范围小的技术难题，本文从光谱叠加理论出发，根据多光谱合成原理，提出一种凸面光栅的Offner型宽动态范围辐射定标系统的设计方法。通过推导Offner型光谱成像光学结构的消像散条件，设计了一种柱面镜Offner型光谱成像光学系统，实现了宽光谱光束的精确细分，建立了数字微镜与其阵列面空间光谱辐射分布的映射关系。利用数字微镜的空间光调制特性，实现了辐射定标光源光谱分布大动态范围模拟。实验表明，辐射定标光源相邻单位阵列微镜的输出光谱峰值间隔小于0.5 nm，3种典型色温T=3000 K、T=5000 K和T=7000 K光谱模拟精度分别为5.2%、4.1%和3.2%。本文提出的设计方法有效提高了辐射定标光源的光谱模拟精度，减小了光谱不匹配对空间光学遥感仪器定标系数的影响。