通过对质心法、曲面拟合法两类质心定位算法的优劣势进行分析,提出结合两类定位算法优势的基于三次样条拟合插值的高精度质心定位算法,并指出其实现双重定位误差抑制的原理。通过仿真实验,对比不同信噪比下传统质心法与所提算法的定位误差,发现基于三次样条拟合插值的质心定位误差均明显小于传统质心法。当信噪比为20 dB时,基于三次样条拟合插值的质心定位误差方均根误差仅为0.003 pixel。通过真实仪器测量的星点图像,再次验证了所提算法的有效性。基于三次样条拟合插值的高精度质心定位算法可有效抑制定位误差,具有较好的抗噪性,不依赖特定星点模型,适用范围较广。

侧摆扩视场型干涉光谱成像仪通过在光学系统前增加侧摆反射镜来实现视场扩展的功能,然而增加侧摆反射镜会使得不同视场不同通道的光线交错分布,无法使用传统消杂光设计,给杂散光抑制带来困难。针对此类型光学系统提出了一个消杂光设计方法。当侧摆反射镜位于0°、15°、-15°视场位置时,对可见近红外系统和短波红外系统进行了点源透过率(PST)仿真分析。分析结果表明,对于所有侧摆反射镜位置,在视场外0.5°位置处空间视场方向和光谱视场方向的PST可降低至10 ^-3。基于观测模式,对高光谱成像仪在轨工作时的信号源与杂光源进行分析。基于PST仿真结果,对杂光源在焦平面处产生的杂光能量进行研究,并分析了高光谱成像仪的信杂比,侧摆反射镜位于0°视场位置时可见近红外系统的信杂比为0.1%,短波红外系统的信杂比为0.6%。结果表明,所提的杂散光抑制措施有效,满足星载高光谱仪对杂散光的技术要求。

静态迈克耳孙干涉仪是一种实体式像面干涉仪, 可以解决干涉光谱成像仪大视场的技术难点。在采样过程中, 静态迈克耳孙干涉仪会引入光程差的非线性干涉误差, 导致无法准确复原光谱, 因此需要对非线性干涉误差进行修正。分析了非线性干涉误差的理论模型, 提出了基于数值拟合的非线性干涉光谱数据重构算法, 并进行了仿真验证。仿真结果表明, 采用数值拟合的重构算法可成功复原目标光谱, 消除非线性干涉误差; 与采用线性拟合的重构算法相比, 使用柯西色散公式拟合的重构算法的光谱复原精度更高, 且吸收峰处的反演光谱与入射光谱的相对误差小于0.7%。

针对海洋光谱成像技术对于宽视场(FOV)、大幅宽、高通量的需求，提出了一种基于像平面干涉技术的新型宽视场干涉光谱成像仪，研究了像平面干涉技术的原理，提出了相应的干涉方案并推导了系统的光程差公式，制定了详细的参数指标并根据相应参数设计优化了光学系统。光学系统前置镜和中继镜分别采用双高斯和Dyson 结构，视场为35.5o ，幅宽为320 km，系统F 数为4，焦距为100 mm，在400~900 nm 的谱段范围内，平均信噪比(SNR)大于100，在奈奎斯特空间频率为32 lp/mm 处，调制传递函数(MTF)大于0.5，各项指标满足要求。