针对目前基于数字微镜（Digital Micromirror Device，DMD）的光谱模拟中，光谱模拟单元具有不同偏态性质且存在非线性调制等特点，提出了一种适用于多种色温调制的基于模糊PID控制的恒星光谱模拟方法。构造了DMD工作矩阵、光谱调制权重矩阵、光谱分布函数矩阵以及目标光谱矩阵，建立了基于DMD的光谱模拟数学模型；然后，研究了基于遗传算法优化BP神经网络的光谱分布函数拟合算法，在400~800 nm的峰值波长内实现了光谱分布函数拟合；提出了一种基于模糊PID控制的光谱模拟算法，选择模糊集合与隶属度函数，制定了模糊推理以及解模糊化规则。仿真分析了模糊PID控制器性能，结果表明与PID控制相比，模糊PID控制的超调量减小90.7%，调节时间缩短了69.4%。最后，实验验证了3 000~11 000 K色温光谱分布曲线的模拟精度，结果表明：光谱模拟误差优于±4.21%；相较于PID控制，模糊PID控制在3 000，6 500以及11 000 K色温的最大光谱模拟精度分别提高了2.31倍，1.71倍和2.02倍。所提出的方法可以进一步提升光谱模拟精度，为高精度星敏感器的地面标定提供理论与技术基础。

为解决星模拟器在光谱模拟时存在的衍射问题，提出一种消除数字微镜设备衍射效应的方法。建立标量衍射模型，将数字微镜设备等效为二维闪耀光栅，以光栅衍射理论为基础寻找影响衍射能级的因素，并推导出入射角与衍射效应的耦合关系。当光束沿数字微镜设备对角线入射，高度角为24∘时，衍射效率达到最大化提高，衍射效率提高近12%，此时衍射损耗能量最少，数字微镜设备反射时存在衍射效应达到最小，通过ZEMAX优化设计出Czerny-Turner光学结构，校正系统像差。优化结果表明，在500~900 nm谱段内，光谱模拟精度优于5%，全谱段的光谱分辨率优于5 nm，可有效提升星敏感器地面标定精度。

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。