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。

基于一种固体马赫曾德尔(Mach-Zehnder)成像光谱仪，从理论上严格推导了其光谱反演模型，通过该光谱反演模型着重分析了反射面平移误差对系统光谱反演带来的影响。运用Zemax软件建立了成像光谱仪的仿真模型，并运用该仿真模型对固体马赫曾德尔成像光谱系统光谱反演及平移误差推导结果进行了仿真验算。理论推导及仿真结果表明，固体马赫曾德尔成像光谱仪中反射面的平移误差将对系统的光谱反演结果带来影响，并且光谱的反演误差与两路剪切分光光路中反射面平移误差的总和相关。因此，在固体马赫曾德尔成像光谱仪的研制过程中，需要严格控制两路平移误差的总和，或通过适当的补偿遏制其对测量结果的影响，提高系统的光谱测量精度。

大孔径静态干涉成像光谱技术是一种时空联合调制的傅里叶变换成像光谱技术, 其核心元件通常采用Sagnac横向剪切干涉仪。 这种结构会使进入干涉仪的光线有一半沿原路返回, 降低了能量利用率。 文章提出一种改进型Mach-Zehnder横向剪切干涉仪结构, 克服了能量利用率低的缺点, 在实现横向剪切的同时, 还具有双通道输出的优点。 本文通过光线追迹的方法, 得到剪切量的一般表达式, 并分析了各种误差源对剪切量误差的贡献。 为大孔径静态干涉成像光谱仪的设计提供了新思路, 可为该类型的成像光谱仪的设计与优化提供理论指导。

通过探测高层大气中气辉(极光)辐射线的多普勒频移,可以反演出高层大气中的速度、温度和压强等物理量。以高层大气中的极光(原子氧跃迁所辐射的两条主要谱线)为被探测源,对于洛伦兹光谱线型高层大气风场的探测原理和方法进行了研究;给出了基于洛伦兹光谱线型高层大气的速度场、温度场和压力场的分布规律和理论计算公式;采用计算机模拟,描绘了洛伦兹光谱线型风场的误差曲线,表明了洛伦兹光谱线型在高层大气风场探测中占有相当重要的地位。

提出了一种利用广角迈克耳孙干涉仪在动镜固定的情况下,依靠视场角的变化以调制光程差来测量大气风场的新方法以及探测模式和装置设想; 采用干涉成像光谱技术对被探测源谱线为高斯轮廓时风场的速度、温度的测量进行了分析和计算。这种方法具有稳定度高、实时性好、精确度高、大视场和高通量等优点。

以上层大气中的气辉(极光)为被探测源, 利用干涉成像光谱技术和电磁波的多普勒效应对上层大气风场进行测量, 分析和计算了大气风场的速度和温度, 并就被探测源和探测器之间的相对速度与其连线成任意角时的情形进行了讨论。 采用计算机模拟, 分析了大气风场的测量效果。