尺寸小、成本低和寿命长的非制冷热红外成像光谱仪对探测高温目标有巨大潜力，但其严重的内部噪声会降低检测灵敏度。非制冷热红外成像光谱仪主要的噪声包括探测器噪声、光机元件表面散射杂光引起的噪声、光栅非工作级次产生的杂光噪声和光机元件自身的背景辐射噪声。推导了包含上述噪声的噪声等效温差（NETD）公式，以Offner型热红外成像光谱仪为例，分析NETD与系统F数和机械元件内表面光学属性等主要影响因素之间的关系，研究了光机表面抛亮处理在抑制光谱仪内部背景辐射噪声方面的能力。最后，采用像元间线性关系法扣除了剩余的噪声，使探测信号与目标本身信号基本一致。

Hapke模型是描述行星表面光度行为的辐射传输模型,利用行星表面多角度反射率数据可以反演得到Hapke模型参数,研究行星表面的物理和光度特性.Hapke模型参数的反演需要覆盖相角范围足够大的反射率数据,而行星遥感和就位探测时很难覆盖足够大的相角范围.因此,如何利用有限的多角度数据获取准确的模型参数是一个重要的研究课题.实验室提供了获取大范围角度下反射率数据的实验条件,可以在实验室条件下研究Hapke模型参数反演方法.通过实验室ASD光谱仪和Chang’E-3红外成像光谱仪鉴定件获取的橄榄石和模拟月壤多角度反射率数据进行实验,结果表明有限观测角度可以获取比较准确的模型参数；通过分析Hapke模型参数得到橄榄石和两种模拟月壤的光度和物理特征.

传统的时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪的激光采样通过采用单个激光探测器探测激光干涉强度变化生成采样脉冲,其采样原理简单易实现。但该方法无法判断动镜移动的方向,也难以实现高频采样。对时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪的采样方案进行了对比分析,并针对快扫描采样方法提出了具体的实施方案。从原理和光路设计上介绍了一种适用于时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪的新的采样方法。该方法在传统引入参考激光的基础上,采用偏振的手段将参考激光分为具有固定相位差的两束光,并利用这两束光实现动镜移动方向的判断,以及干涉图样的4倍过采样。从原理上综合考虑了各个光学元件的偏振特性,并将该方法从基于正入射的平面镜推广到斜入射的中空角锥反射镜,扩大了该方法的适用范围,从原理上论证了该方法的可行性。

针对傅里叶变换红外成像光谱仪实时数据处理技术的要求，研究了一种基于FPGA的集干涉图非均匀性校正、光谱复原、光谱辐射定标于一体的傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原芯片系统。该系统对输入信号做了标准化设计，以流水线方式输出目标的复原光谱信息，可嵌入到各种类型的红外/可见光傅里叶变换成像光谱仪的实时数据处理系统中，具有体积小、运算速度快、稳定可靠及易于升级等优点，为基于光谱特征的目标实时识别奠定了良好的技术基础。

讨论了基于空间调制干涉原理的红外成像光谱仪器中高线性大摆镜扫描系统的控制技术,详细地阐述了各扫描方式的优缺点、控制器的基本原理、控制器硬件设计,提出了一种基于传统 PID的微分增强型控制算法,分析了扫描系统的扫描效率和线性度.

由于傅里叶变换红外成像光谱仪结构的特殊性, 其非均匀性在线定标与校正在工程上一直没有得到有效解决。首先对 IRFPA非均匀性校正的原理与算法进行了简要阐述, 在此基础上, 通过对时间调制型、空间调制型及时间空间联合调制型傅里叶变换红外成像光谱仪原理结构的深入分析, 针对这三种制式的光谱仪, 分别研究出了相应的非均匀性在线定标与校正的方法, 为星载傅里叶变换红外成像光谱仪非均匀性的在轨定标奠定了良好的技术基础。

针对传统长波红外成像光谱仪难以同时实现弱遥感信号下高信噪比和小型化的现状，在数值孔径NA为0.19和0.33，工作波段为8~12 μm下，设计并对比分析了两种具有同心结构的Offner凸面光栅和Dyson凹面光栅光谱仪，借助Zemax软件，获得了它们的最优解。当NA1=0.19时，两者均能理想成像，Offner结构大小为245 mm×213 mm×111 mm，调制传递函数(MTF)大于0.38，光谱分辨率为35 nm，谱线弯曲小于4.8% , 色畸变小于12.8%；Dyson结构大小为308 mm×61 mm×49 mm，MTF大于0.48，光谱分辨率为12 nm，谱线弯曲小于0.047%，色畸变小于0.138%。当NA2=0.33时，Offner结构无法理想成像，Dyson结构仍有很好的像质，大小为317 mm×88 mm×88 mm，MTF大于0.71，光谱分辨率为1 nm，谱线弯曲小于0.015% ,色畸变小于0.028%。设计结果表明，长波红外波段中，相对于Offner结构，Dyson结构具有数值孔径大、体积小、光谱分辨率和传递函数高以及谱线弯曲和色畸变小的优点。

为满足大气CO2 吸收光谱测量的要求，基于成像光谱仪基本工作原理和光学设计理论，设计了一种近红外CO2 吸收光谱高光谱分辨率成像光谱仪。它采用简单平面反射光栅光谱仪结构，由入缝、两片聚焦透镜、平面反射光栅及两片成像透镜组成。透镜材料为普通常用光学玻璃，为减化系统结构透镜采用了二次非球面设计。采用ZEMAX 软件对近红外光谱仪的光学系统进行了优化设计与模拟分析。最终设计与模拟分析结果表明，该光学系统光谱范围为1 591～1 621 nm，分辨率<0.08 nm，F 数为1.8，满足设计要求。