环境卫星HJ-1A搭载的超光谱成像仪自2008年9月发射以来, 已获取了大量影像数据。由于超光谱成像仪部分波段的图像存在明显的条带噪声, 其图像应用效果受到严重影响。本文针对该图像噪声的特点, 提出了一种基于参考波段的移动窗口条带噪声去除方法。结果表明, 新的噪声去除算法不仅可以有效去除图像的条带噪声, 显著提高图像的清晰度, 而且还保留了原始图像的基本信息。该方法具有处理速度快、适用性广等优点, 是一种理想的条带噪声去除方法。

超光谱成像技术由于能够同时获取目标的空间信息和光谱信息，显著提高了空间遥感技术对地物的探测和识别能力，在对地观测和深空探测领域具有广阔的应用前景。总结了星载超光谱成像技术近三十年来的国内外研究现状，对国内外典型超光谱成像仪的技术指标、技术特点和应用领域进行了论述。分析结果表明：高空间分辨率、高光谱分辨率是超光谱成像技术未来的发展趋势，offner光栅色散型超光谱成像仪是一个重要的发展方向。

The performance of space hyper spectral imager is severely affected by turbulent orbit temperature. Turbulence results in a defocus in the fore optical system of the imager. To address this problem, a focusing system is added. A number of simulation methods are applied on the fore optical system to study the relationship between temperature and focusing. In addition, this process is conducted to obtain a practical reference for focusing while the imager is flying on orbit. The obtained correlation between focusing and temperature is proven effective based on ground imaging and simulation testing.

环境卫星超光谱成像仪前20个通道的图像具有明显的条带噪声，严重影响了后续数据处 理和定量化应用。根据环境卫星超光谱成像仪波段多、各波段图像相关性强的特点，提出了一种基于 多波段图像匹配的条带去除方法。以广西北部湾地区的超光谱成像仪图像为例，分别利用矩匹配方法和多波段匹 配方法进行校正。最后从图像基本信息保留能力、图像灰度值改变量和列均值比评价指标三个方面，定量评价了这 两种方法的去噪效果。结果表明，多波段匹配方法能够在有效去除图像条带噪声的同时，较好地保留各探测元 接收到的地物信号的差异，其去噪效果优于矩匹配方法。

根据所研制超光谱成像仪的性能指标和应用要求，设计可用作超光谱成像仪前置系统的连续变焦光学系统，具有相对孔径大、工作于可见光波段、中等焦长、光能利用率高和像方远心等特点。详细介绍变焦距光学系统的结构选型及其初始结构计算方法。设计的变焦距光学系统采用机械补偿法，变倍比为4×，相对孔径为1∶2，在宽视场（8°）和窄视场（2°）端的焦距分别为55 mm和220 mm。系统畸变小于0.6%，在66 lp/mm空间特征频率处的调制传递函数值大于0.5，能够满足超光谱成像仪的使用要求。

分析了空间超光谱成像仪前置光学系统的热光学特性。应用有限元方法建立了模拟前置光学系统的热弹性变形模型，并进行了热弹性分析计算；用Zernike多项式拟合分析结果，求得各镜子反射面在热变形后的面型误差和相对于初始理想位置的偏移；利用光学分析设计软件Code V计算得到光学系统的像面与焦面的偏离量，即离焦量，并用多项式拟合得到其随温度变化的规律。计算结果表明，前置光学系统的像面在温度改变时会偏离焦面，离焦量与温度近似地成线性关系，当温度升高时像面最大偏移量为107.4 μm，温度降低时像面最大偏移量为106.9 μm。该分析结果可作为指导超光谱成像仪改进热控措施，进行调焦补偿的理论参考。

环境卫星HJ1A搭载的超光谱成像仪HSI是我国第一个对地观测的星载高光谱传感器, 针对超光谱成像仪缺乏各通道光谱响应函数这一问题, 对传统的反射率基法予以改进, 提出一种不使用光谱响应函数的场地定标方法。 利用敦煌场地2009年8月定标实验数据, 实现超光谱成像仪在轨辐射定标。 通过构建不同形状的光谱响应函数, 分析光谱响应函数形状对最终辐射定标结果产生的误差。 结果表明, 利用新提出的场地定标方法可以实现超光谱成像仪绝对辐射定标, 除水汽和氧气吸收通道外, 光谱响应函数对定标结果的影响小于3％, 采用新定标方法得到的定标系数可以满足应用的需求

超光谱成像仪比一般光谱仪器具有更多的光谱通道和更高的光谱分辨率, 而杂散光是影响超光谱成像仪光谱测量精度的重要因素之一, 当前光谱仪器的杂散光测量方法尚不能满足超光谱成像仪杂散光检测的需要。 作者探讨了此类成像光谱仪杂散光的定义、 来源和危害, 论述了使用杂散光影响因子di,j描述光谱仪杂散光的可行性和优越性, 并给出了杂散光受扰系数fi(λ)和杂散光干扰系数Fi(λ)的定义、 物理意义和工程应用价值。 最后, 介绍了使用窄带滤光片测量星载超光谱成像仪杂散光的测量系统组成、 测量步骤和测量结果。 结果表明： 杂散光影响因子di,j能正确表示光谱仪的杂散光特性, 与光源、 滤光片、 探测器等测量条件无关, 而测量效率比谱杂散光系数法至少提高1倍, 满足星载超光谱成像仪杂散光测量的工程需要。

为了确定超光谱成像仪热控指标和开展热设计， 研究了超光谱成像仪中棱镜的热光谱特性。 介绍了超光谱成像仪的工作原理以及热光谱特性的含义， 分析了棱镜的环境热效应， 论述了棱镜热光谱特性研究内容及技术路线， 推导了温度变化时棱镜偏转角以及角色散的函数关系， 进一步得到光谱中心平移及光谱带宽随温度变化规律。 借助有限元分析， 比较了K9、 熔石英两种材料的棱镜的入射角、 顶角、 材料色散、 光谱中心平移及光谱带宽随温度变化规律， 确定了棱镜的热控指标， 并设计了热光谱试验。 理论分析和试验结果表明由于热变形引起的光谱带宽和光谱分辨率改变可以忽略不计， 光谱平移主要由材料折射率温度系数决定； 棱镜材料色散(dn/dλ)对温度变化不敏感， 因此温度变化对其光谱带宽影响不明显; 本文研究方法合理， 结果可信， 对确定棱镜的热控指标和优化热设计具有指导意义。

为了精细标定棱镜色散超光谱成像仪1 024×80光谱像元的中心波长和响应带宽，建立了一套光谱定标装置，提出了实现1 nm光谱定标精度的定标方法。首先，介绍了产生谱线弯曲与谱线倾斜的原因，确定了精细光谱定标的方法和数据处理算法；然后，利用光谱定标装置测定了全部光谱响应像元的离散单色光响应值，利用高斯方程拟合了相对光谱响应曲线;最后，建立了中心波长矩阵表和带宽矩阵表，采用多项式拟合算法确定了空间视场像元的色散方程和光谱通道谱线弯曲方程，实验测定了温度变化谱线漂移结果。另外，还对光谱定标精度对辐射定标精度的影响进行了分析。光谱定标结果表明：超光谱成像仪的光谱定标精度达到了±1 nm，各谱段带宽平均为8.75 nm；色散方程及谱线弯曲与设计结果相符，谱线弯曲值为14~19 nm，平均值为17 nm；1 nm的定标精度对辐射定标精度的影响分别小于1%(3000 K黑体)和0.25%(6000K黑体)，满足超光谱成像仪1 nm光谱定标精度的要求。