星载扫描层析临边成像光谱仪已成为空间大气遥感领域的迫切需求，根据临边宽水平覆盖轻小型星载扫描层析临边成像光谱仪的研究目标，采用一维扫描镜、离轴抛物面望远系统和非球面光栅光谱成像系统匹配，设计了一个视场0.75°×0.017°、相对孔径1/1.8、工作波段280~800 nm 的星载扫描层析临边成像光谱仪光学系统，利用光学设计软件CODE V 进行了光线追迹和优化设计，光谱成像系统不同波长的点列图直径的均方根(RMS)值均小于34 mm，光谱分辨率0.84 nm，满足的指标要求(≤1.2 nm)，扫描层析临边成像光谱仪全系统在空间方向各波长在特征频率处的光学传递函数均达到0.57以上，能够满足成像质量要求，适合空间大气遥感应用。

介绍了临边观测模式的探测原理及其特点, 给出了美国、欧洲等发达国家关于临边成像光谱仪的研究状况, 并列出了各临边成像光谱仪的核心设计方案及具体的技术指标。最后, 介绍了国内唯一一例临边成像光谱仪的开展情况, 包括设计方案到技术指标。通过对比分析国内外临边成像光谱仪的研究进展, 为我国进一步提高临边成像光谱仪的性能及技术指标提供了理论基础。

提出一种用于紫外临边成像光谱仪模数分离成像电路的系统设计方案, 该方案避免了CCD模拟输出信号的板间传输和数字信号对模拟信号的干扰, 使CCD信号处理电路的噪声水平达到了模拟前端数据手册中给出的2 LSB的性能指标。考虑CCD57-10 BI AIMO没有抗溢出结构, 在饱和之前会发生电荷溢出现象, 提出了临界溢出电子数的概念以取代饱和电子数, 并通过增加转移时钟电压以加深势阱深度的方法, 将临界溢出电子数从3.0×104提高到了6.0×104, 保证了探测器可正确探测设计范围内的强光信号。为了实现更短的曝光时间以增加动态范围, 在时序设计中引入了多次电荷倾倒的思想, 在不降低探测器动态范围的前提下, 将最短曝光时间由163 ms降低到了19 ms, 实现了105系统动态范围的设计指标。

临边成像光谱仪是一种对大气遥感探测有重要研究和应用价值的新型空间光学遥感仪器。 信噪比是定量评价成像光谱仪成像质量和辐射性能的的一项重要指标， 信噪比的估算和测量对成像光谱仪的研制至关重要。 针对临边成像光谱仪从辐射传输和能量转换角度， 建立了信噪比模型， 推导了色散型临边成像光谱仪信噪比计算公式， 编制了信噪比快速计算程序。 利用大气辐射传输软件MODTRAN 4.0模拟计算出在典型观测条件下仪器入瞳光谱辐亮度， 从理论上估算了已研制成的临边成像光谱仪原理样机在典型观测条件下的信噪比。 结果表明， 在典型观测条件下原理样机的信噪比不低于8。 作为实验验证， 利用内照明积分球光源对临边成像光谱仪原理样机进行了信噪比测量， 测量结果证实了理论模型的正确性。

分析了大气临边成像光谱探测的原理，依据应用要求设计研制了光栅色散型紫外/可见临边成像光谱仪原理样机。该样机采用宽波段折射式消色差前置望远光学系统与改进的Czerny-Turner光谱成像系统匹配的结构形式，工作波段为540~800 nm(一级光谱)和270~400 nm(二级光谱)，通过切换紫外、可见带通滤光片来实现两个波段分别探测，质量为8 kg， 体积为450 mm×250 mm×200 mm。用该样机进行了实验室光谱实验，并对光谱分辨率进行了分析，测量了该样机的实际光谱分辨率。测量结果表明，该样机的实际光谱分辨率为1.3 nm，接近其理论光谱分辨率1.12 nm，满足设计指标1.4 nm的要求，并具有体积小、质量轻等特点，适合空间遥感应用。

临边成像光谱仪是一种对大气遥感探测有重要研究和应用价值的新型空间光学遥感仪器。从大气临边成像光谱探测的原理出发,设计并研制了光栅色散紫外/可见临边成像光谱仪原理样机。该样机采用宽波段折射式消色差前置望远光学系统与改进的Czerny-Turner光谱成像系统匹配的结构型式,其中,前置望远光学系统为像方远心,光谱成像系统为物方远心。工作波段为540-780 nm(一级衍射光谱)和270-390 nm(二级衍射光谱),通过切换可见、紫外带通滤光片来实现两个波段分别探测,质量为8 kg,体积为450 mm×250 mm×200 mm。实验检测结果表明,该样机的空间分辨率为0.45 mrad,光谱分辨率为1.3 nm,均满足设计指标要求,并且具有体积小、质量小等特点,适合空间遥感应用。