为了获得高精度的光谱，必须对空间外差光谱仪干涉图进行校正。针对空间外差光谱仪自身缺陷导致的干涉图非均匀误差，提出了一种基于傅里叶变换的校正方法。通过理论推导发现目标光谱是非均匀误差的傅里叶变换与误差光谱的卷积，并以连续光水汽干涉图为例进行了验证实验。结果表明，在2693组实验数据中，2679组数据得到了明显的校正效果，随机抽取3组数据校正后的标准差均提升了一个数量级，验证了该校正方法的有效性。

空间外差光谱技术凭借超高光谱分辨率、 高通量、 瞬态探测、 无运动部件等优势, 在星际暗物质及大气微量气体成分等微弱光谱信号检测方面得到广泛应用。 为了探索一种基于空间外差光谱技术实现物质拉曼光谱(RS)快速、 直接检测的可行性, 选择三叶草作为测量对象, 使用一体化HEP-765-S空间外差光谱系统作为拉曼特征光谱探测器, 配合特定波长激光器搭建系统, 开展拉曼特征光谱直接测量实验。 首先使用Gaussview6.0构建三叶草所含主要色素: 叶绿素a、 叶绿素b、 α-胡萝卜素和β-胡萝卜素的分子结构, 然后利用Gaussian16获取优化的仿真RS, 分析四种色素最强拉曼谱峰的波段范围, 确定四种成分的强信号特征波段为1 537～1 800 cm-1。 根据激发光源与拉曼位移的理论关系, 结合探测系统759～769 nm的检测波段范围, 计算出用波长680 nm的激光器作为光源激发拉曼信号, 可保证四种色素强特征拉曼信号正好落在探测范围, 且可避开光源瑞利散射光及荧光干扰的影响。 最终购置中心波长为680.28 nm的激光器与HEP-765-S空间外差光谱系统搭配开展三叶草强峰拉曼信号的直接检测实验。 实验结果表明: 搭建系统能够实现三叶草RS的直接测量, 但是所测拉曼信号强度偏弱, 这主要是两方面原因造成: (1)由于所用激光器的输出功率峰值偏小, 约为130 mW； (2)所用HEP-765-S空间外差光谱系统为一体化设计仪器, 软硬件系统及参数固化后不能进行调整, 仪器数据采集的最大积分时间偏小, 设定值为832 ms。 光源功率不够大且仪器积分时间小共同导致采集信号偏弱。 通过与仿真光谱比较, 实测光谱在使用空间外差系统探测波段与三叶草叶片内四种主要色素拉曼信号叠加的包络基本一致, 中央主峰与两端次峰都符合较好, 实测光谱与仿真光谱具有较好一致性, 说明采用空间外差系统对物质拉曼信号进行快速、 直接检测具有可行性。

针对已完成光栅胶合的一体化干涉仪组件,提出了一种利用平场校正滤光片形成高频外差干涉调制数据进而进行系统级平场校正的方法。依据空间外差光谱技术干涉调制的原理,给出了平场校正所需的外差干涉频率范围(即平场校正滤光片的光谱范围)的计算方法。通过理论和仿真分析确定了平场校正滤光片的主要技术参数,并进行了实验验证。实验结果表明,该平场校正方法使复原光谱的平均信噪比提升了115.7%,复原光谱的固定频率噪声和高频段光谱失真的抑制效果尤为显著。

含钾消焰剂的使用, 大大降低了火箭尾焰的二次燃烧及辐射量, 提高了对其探测与追踪的难度。基于空间外差光谱技术微弱光谱信号精细探测的优势特性, 采用自行设计的近红外波段仪器, 以室外天空为背景, 用酒精喷灯火焰模拟火箭尾焰, 实验研究了其中钾盐信号的探测, 并以现代谱估计方法中的自回归AR算法和MUSIC算法对测量信号进行提取研究。结果表明, 两种算法均能实现对钾特征信号的提取及对噪声的抑制, 使特征信号的峰宽变得更窄, 其中AR算法对钾766.49 nm特征峰的半峰宽减小率为21%, 噪声减小率为42%; MUSIC算法对钾特征峰的半峰宽减小率为50%, 噪声减小率为47%, 两相比较可见MUSIC算法的效果更好, 说明将空间外差技术应用于火箭等喷射式飞行器的识别具有可行性。

为识别空间外差光谱仪探测目标干涉信号的特征信息, 提出一种基于经验模态分解与回归分析的空间干涉谱目标提取方法。首先对预处理后的光谱进行经验模态自适应分解, 得到各阶次固有模态分量并分别计算它们与原始光谱信号的Pearson相关系数, 根据相关系数分选准则判定背景与目标信息重构的分界点。然后计算重构背景与实测背景间的Pearson相关系数来判定经验模态分解结果。对信号主导的固有模态分量利用小波软阈值进行消噪,重构较纯净的目标特征信息; 利用目标特征信息与原始干涉光谱信息进行多元线性回归分析获得最佳的近似滤波系数, 构造滤波器并应用到目标信号, 提取目标。最后通过差谱信号与提取的目标光谱的Pearson相关系数来判别提取的目标信号。实验结果表明: 经验模态分解可将背景与目标近似分离; 在未知背景信号情况下, 利用经验模态分解与回归分析可实现钾共振双线特征光谱的提取。

基于空间外差光谱特性, 针对传统傅里叶变换算法在光谱复原中的局限性, 引入现代谱估计的多重信号分类MUSIC算法进行空间外差信号光谱复原, 采用自回归传递函数准则(CAT)对影响谱估计效果的信号空间维数值进行估计.测试结果显示CAT准则直接定维值与最佳结果存在偏差, 将CAT准则直接定维值减数值3作为改进后的新准则重新应用于实测数据光谱复原.改进的CAT准则与MUSIC算法配合能够很好地适用于空间外差干涉数据, 光谱复原效果优于直接傅里叶变换结果.以光谱角度匹配和均方误差作为改进CAT准则的MUSIC算法谱估计效果评价指标, 与理想光谱相比, MUSIC算法对钾盐双谱峰信号处理后复原光谱相似度达到0.764, 均方误差为0.040, 对氖灯多谱峰信号和处理结果分别为0.806和0.046.复色光结果分别为0.988和0.089.采用改进的CAT准则进行自适应定维的MUSIC算法对空间外差光谱复原具有一定优势, 提高了功率谱复原效果.

针对中高层大气OH自由基的星载探测应用,给出一种基于空间外差光谱技术的临边探测方案。借助卫星平台的运动,呈正交布置的双通道光谱仪可以分时获取同一区域的一系列视线观测辐亮度,最终反演OH自由基数密度的三维分布。每个通道均包含柱面望远、准直镜头、一体化空间干涉组件和成像镜头,可以同时探测不同高度层的OH自由基辐亮度,具有光通量大、结构稳定、小型化等特点。以紫外波段(308.2~309.8 nm)和光谱分辨率优于0.01 nm的要求进行中高层大气OH自由基临边探测为例,给出了光学系统设计的过程和结果,并利用太阳跟踪器进行了地基太阳光谱观测实验。结果表明:光学系统设计可满足探测指标的要求,实测太阳光谱与理论光谱特征一致性较好,为星载中高层大气遥感探测技术提供了参考。

空间外差光谱技术(SHS)作为一种新型超光谱分辨率的光谱分析技术近年来得到了快速发展和广泛应用。根据SHS的基本结构和原理，本文对SHS应用系统中能对干涉图产生影响的各种干扰和畸变进行了分析，并针对这些干扰提出了一种SHS干涉图校正方案。实验结果表明，该方案不仅可以对干涉图进行有效校正，而且复原光谱能够良好地反映输入光谱信息，提高SHS的反演精度。

空间外差光谱具有较高的信噪比与光谱分辨率, 在大气微量气体遥感领域得到重要应用, 实现基线的自适应校正是光谱预处理的重要环节。 基于光谱的特点, 分别采用阈值拟合法和改进的经验模态法对实测近红外水汽空间外差光谱进行基线校正。 结果表明, 两种方法均能实现光谱基线的自动扣除; 以光谱扭曲程度及光谱相似度对两种方法的校正效果进行定量评价, 阈值拟合法校正后的光谱扭曲程度及光谱相似度为0.761和0.955, 改进经验模态法的结果分别为0.717和0.954, 说明改进经验模态法略优。 在校正方法的耗时上, 改进经验模态法以其特有的算法优势仅需较少的迭代次数就能获得最终的基线光谱, 完成校正, 耗时不足阈值拟合法的十分之一, 效率更高。