为了实现傅里叶变换成像光谱仪的静态化与高通量, 提出一种基于多级微镜的时空混合调制成像光谱仪, 其干涉系统是利用一个多级微镜代替迈克尔逊干涉仪中的平面镜, 其显著特点是无运动部件和限制系统光通量的狭缝, 可同时获得目标的干涉图与二维空间图像。 该成像光谱仪利用前置成像系统将目标成像到干涉系统的平面镜与多级微镜上, 利用多级微镜的结构特点对两成像光束的光程差进行调制, 然后通过后置成像系统获得不同干涉级次的目标图像。 首先通过对该成像光谱仪干涉系统光谱信噪比的分析, 明确了光谱信噪比与图像信噪比之间的关系, 确定了多级微镜的特征参数。 为了确保每个阶梯面所对应光程差的恒定性, 通过对前置成像系统成像过程的分析, 确定了前置成像系统像方远心的光路结构； 通过对系统视场角与光程差之间关系的分析和计算, 确定了前置成像系统的设计指标并完成了光学设计。 为了保证后置成像系统不引入额外的光程差, 通过对后置成像系统成像特点的分析, 确定了后置成像系统双远心的光路结构； 通过对系统入射孔径角与阶梯级数之间关系的分析和计算, 最终设计出满足系统性能需求的后置成像系统。 通过对各单元系统的理论分析与光学设计, 为静态化与高通量成像光谱仪的发展提供了一种新的思路。

大孔径静态干涉成像光谱仪获取图谱数据立方体的过程包含干涉仪调制、 探测器矩形函数卷积采样和光谱反演, 其光谱信噪比评估模型复杂。 从光谱能量调制、 采样、 反演的完整传输过程入手, 根据探测器矩形卷积采样原理, 采用离散傅里叶变换取实部的光谱反演方法, 进行信号与噪声的理论推导, 建立了大孔径静态干涉成像光谱仪光谱信噪比评估模型。 考虑了与波数相关的光学系统透过率、 干涉仪分束面效率、 探测器量子效率等仪器设计参数和主要电路噪声参数, 进行了光谱信噪比仿真计算。 利用LASIS仪器进行了光谱信噪比实验测试, 测试结果与模型仿真计算结果平均偏差为358%, 单谱段信噪比趋势基本吻合, 验证了评估模型的正确性。 评估模型中包含了典型LASIS成像光谱仪由输入光谱辐射到输出光谱数据的各项主要技术环节, 在信噪比计算公式中带入干涉仪分束面干涉效率、 探测器矩形采样方式等因素对仪器光谱信噪比的影响算子, 并利用实际仪器进行了实验验证, 对提高LASIS成像光谱仪工程设计水平具有指导意义。

通过数学推导给出了更为一般的计算傅里叶退卷积FSD(Fourier self－deconvolution)光谱信噪比变化率的公式．研究了在六种不同切趾函数情况下，当退卷积系数由小逐渐增大时，傅里叶退卷积光谱信噪比变化率随切趾长度的变化．研究结果表明，当傅里叶退卷积由欠退卷积过渡到完全退卷积再到过退卷积时，傅里叶退卷积光谱信噪比的衰减迅速加快．