外视场拼接是实现机载高光谱成像系统同时具有大视场与宽光谱采样范围的有效方式。由于各个成像单机独立安装，对应的可见近红外模块单机与短波红外模块单机之间的视轴角会在设备长时间运行后产生变化，视轴角的变化会对可见/短波红外的数据融合效果产生负面影响。而视场重叠使基于对极几何和平面单应性的校正方法不能有效地解算出对应可见/短波红外单机之间的视轴角，因此无法对视轴角偏差导致的图像失配进行修正。针对使用外视场拼接来扩大总视场和总响应带宽特点的机载高光谱成像系统，本文提出了一种视轴角和焦距校正算法。通过使用多级特征筛选方法，结合最小化重投影误差，实现了可见近红外/短波红外对应单机之间视轴角与相对焦距的自校正，提高了图像配准精度。该算法已经应用于AMMIS机载大视场高光谱成像仪。实验结果表明，该方法最大平均误差小于0.2像素，且对倾斜放置的相机也具有很好的适应性。

机载面阵摆扫式成像系统需要足够高的帧间重叠率来避免因扫描过程中视轴的控制误差而导致的漏扫，这制约了成像系统在大速高比条件下的适应能力，限制了系统的成像幅宽。论文提出了一种视轴路径规划模型与重叠率计算的新方法，通过像球面投影的几何分析方法优化设计了成像系统视轴的扫描路径，并依据像球面中像面投影的方位旋转角度，建立了一种重叠率计算的新模型。经理论分析与仿真实验验证，在40°侧向凝视成像时，视轴稳定精度由2.93°提高到0.15°，相同速高比、单行5帧摆扫成像时，作业效率提高约32 %。论文研究工作对推动机载摆扫成像技术向着宽视场、大速高比、高分辨率方向的进一步发展具有重要意义。

无人机载光电吊舱对其载荷体积重量的要求苛刻，为了满足8～12.5 μm红外探测需求，设计并实现了一种轻巧紧凑的长波红外光学系统。系统F数为2，口径为150 mm，总视场为2.34°。光学系统采用二次成像折反射式结构，将常用的卡式主系统简化为折叠牛顿式主系统，将球面次镜简化为平面镜折叠光路，轴外像差通过非球面校正镜组校正。主系统采用全铝光机结构，结合后光路的光机材料匹配，在工作环境温度范围内，光学设计传函高于0.41@17 lp/mm，具有100%冷屏效率，而体积仅为Φ152 mm×125 mm。整机装调后，全视场传函高于0.24@17 lp/mm，像质清晰，满足预期。光学系统设计巧妙、结构轻小紧凑、加工装调成本低。设计思路和研制方法可为类似应用的无人机载光电吊舱长波红外仪器的光学系统提供参考。

介绍了机载热红外高光谱成像仪样机的低温光谱仪设计特点，为了检测系统的光谱识别能力，在实验室开展了详细的光谱性能测试。为满足气体探测对超高光谱精度的需求，提出了采用CO₂激光器结合高精度单色仪的方法应用于色散型高光谱成像系统。在实验室对氨气气体进行了准确的红外吸收光谱测试，表明系统可用于气体探测及识别。在此基础上，开展了飞行试验，应用结果表明热红外高光谱可以有效开展城市典型建筑物分类、工业化学气体排放种类和形态监测等应用，特别是后者是目前其它光学遥感手段尚不具备的。以上研究和试验结果表明机载热红外高光谱成像仪已经具备了业务应用能力，后续将在仪器辐射定量化精度的提升方面进一步开展研究工作。