提出一种基于低秩约束惩罚最小二乘（LRPLS）的基线校正方法。利用惩罚最小二乘模型综合考虑拟合基线对干涉图的保真度和平滑度的影响，同时引入有效干涉图和噪声的低秩-稀疏先验约束条件，从而构建联合低秩矩阵恢复和惩罚最小二乘的正则化框架，并采用基于增广拉格朗日乘子的迭代优化算法进行求解。在“嫦娥一号”卫星干涉成像光谱仪（IIM）数据上的实验表明，所提方法在去除基线的同时，能够保留干涉图的有效信息。相比于现有的基线校正方法，所提方法具有更好的稳定性和抗噪能力；校正后复原高光谱影像得到显著提升，对于改善干涉成像光谱仪数据质量具有较高的实际应用价值。

时空联合调制型空间外差干涉成像光谱仪(TS-SHIS)在对目标推扫成像过程中,指向镜推扫误差、指向镜定位误差或卫星运动平台振动等会引起目标对应像点(x',y')偏离理想位置(x,y),导致其与相邻的若干空间分辨单元之间存在光谱掺杂现象,进而影响干涉数据重构及复原光谱精度。基于TS-SHIS机理,针对运动误差引起的目标光谱线性混叠、不同程度的地表反射率差异对复原光谱精度的影响等问题进行了分析;建立了以相邻目标掺杂比、地表反射率差异为变量的混合目标干涉函数关系。依据MODIS卫星载荷观测数据,对中国地区不同空间分辨率地表反射率差异进行了分析;以相对光谱二次误差为评价函数,讨论了典型高轨平台姿态参数对不同空间分辨率目标复原光谱精度的影响,该研究为下一代高轨、高时空分辨温室气体探测技术提供技术基础。

时空联合调制型空间外差干涉成像光谱仪(TS-SHIS)推扫图像中有明显的干涉条纹,这会导致传统的图像配准方法对TS-SHIS推扫图像配准计算结果的影响较大。鉴于此,提出一种基于目标干涉数据的自适应条纹模板构建方法,采用该方法消除TS-SHIS推扫图像中的干涉条纹,并利用曲面拟合加梯度法对消条纹后的推扫图像进行图像配准。仿真及实验研究结果表明,所提方法能够有效消除TS-SHIS推扫图像中零光程差处的干涉条纹;干涉条纹对配准计算的影响得到抑制;消条纹处理对图像配准计算结果的影响在0.02 pixel以内。

双路四通道同时干涉成像光谱仪以视场光阑代替狭缝,无旋转和移动部件,通过消色差分光棱镜和Savart偏光镜将入射光分为四对相干光束,同时在探测器上获取四幅不同偏振信息的目标图像,进而利用傅里叶变换运算并对数据进行处理得到偏振光谱图像。分析系统结构和原理得出不同偏振状态下的干涉强度表达式,四幅干涉图相加获取目标图像的总强度,同一Savart偏光镜的干涉强度相减获得纯干涉条纹,将两纯干涉条纹进行加减运算可降低系统的背景噪声,提高了系统信噪比。在考虑晶体色散关系的基础上分析讨论了光程差随波长、入射角、入射面与晶体主截面夹角以及晶体厚度的变化,在傍轴条件下设计出横向剪切量、成像透镜焦距和晶体厚度的具体参数,实现了高光谱分辨率成像,为新型干涉成像光谱仪的设计与应用提供了一种新方案。

大口径干涉成像光谱仪通过视场扫描和数据重组获取目标的干涉序列, 理想情况下帧间视场移动量为1个像素。若扫描速度偏快或偏慢, 按照正常重组算法得到的干涉序列不是源自同一目标, 导致图像和光谱出现误差。根据像点在数据立方体中的移动规律, 提出了像点轨迹追踪法进行校正, 按照轨迹坐标对数据进行重采样获得同一目标的干涉序列信号并校正横向尺寸变形。并利用干涉立方体的投影图像对运动误差校正效果进行评估。

干涉型成像光谱仪是嫦娥1号(CE-1)卫星的重要设备, 用于分析月球表面物质成分含量及其分布, 目前所得到的2B级科学数据的光谱分辨率为325 cm-1, 转化为波长分辨率表示后各谱段不一样, 第一个波段为7.6 nm, 最后一个波段为29 nm, 这引入两个问题: (1）与地面波谱库中用于标定和比对的光谱分辨率描述方式不一致; (2）由于波段窄而进入的信号少, 造成短波光谱信噪比差。 基于CE-1干涉成像光谱仪光谱重建模型, 讨论了波长分辨率与截止函数的关系, 提出了一种随波长及波长分辨率变化的可调截止函数, 并选取相应Sinc函数进行切趾, 实现了波段覆盖范围内任意指定波长分辨率的光谱数据重建。 利用该方法对CE-1号在轨0B数据进行处理, 得到了29 nm等波长高光谱图像, 采用光谱信噪、 主成分分析和无监督分类等方法对重建结果与同区域2级科学数据进行比对, 结果表明: 短波波段光谱信噪比提高了4倍, 平均提高了2.4倍, 基于光谱特征的分类结果一致, 数据质量大大改善。 EWSR方法的优点有: (1）在保持光谱信息量的情况下, 虽然牺牲部分光谱分辨率, 但提高短波波段的光谱信噪比; (2）实现了在波段覆盖范围内任意指定波长位置或任意设定波长分辨率的光谱数据重建。

像面相交干涉光谱成像技术是一种紧凑型光谱成像技术, 具有体积小、质量轻等特点, 可搭载在小卫星或飞机平台上进行光电侦察等工作。研究了像面干涉光谱成像技术, 提出基于多棱镜组合的Mach－Zehnder角剪切分束器的设计方案, 对该分束器的工作原理及设计方法进行详细论述, 并结合实例对某光谱分辨率条件下的Mach－Zehnder角剪切分束器的角剪切量进行了分析设计。同时研究了像面相交干涉光谱成像系统物镜设计特点, 对该像面相交干涉光谱成像技术进行实验验证。

调整光谱仪的光谱分辨率, 可使光谱仪在满足不同目标测量需求的同时, 减少数据采集、 处理和存储的时间, 提高仪器的整体性能。 为克服传统傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率固定的缺点, 提出了一种分辨率可调的空间调制傅里叶变换光谱仪。 介绍了该新型光谱仪及其干涉仪的工作原理, 利用光线追迹的方法推导了光程差和横向剪切量的计算公式, 并分析了新型干涉仪的光程等效模型。 在此基础上, 分析了光谱分辨率的调节原理。 结果表明, 该光谱分辨率可调的新型空间调制傅里叶变换光谱仪克服了传统光谱仪分辨率固定、 稳定性差等缺点, 具有分辨率可调、 高稳定性、 结构灵活和易于装调等特点。 该研究内容为分辨率可调的干涉光谱仪的设计提供了理论基础, 扩展了傅里叶变换光谱仪的实用范围。

通过分析Chang’E-1卫星所获取的高光谱数据的太阳高度角因素， 选取了太阳高度角较高的IIM 2C数据进行光谱定标。 采用邻域平均法及邻域加权均值法对原始数据进行了杂点、 条带修复。 由于干涉成像光谱仪CCD阵列增益畸变以及它的自身问题使得干涉影像存在横向响应不均一性， 提出采用基于子空间最大特征值法进行校正， 结果影像亮度统计其强度表现均一， 符合自然图像特征， 并采用自编程序进行几何校正。 运用国际上较为成熟的经验线性法对Chang’E-1 IIM 2C数据进行绝对定标； 与此同时， 为了修正线性定标的偏置系数及降低数据噪声， 首次采用自适应小波变换法对辐射定标后数据进行后处理， 确定了IIM 2C数据可用波段。 通过对比国际标准定标点数据， 制订了嫦娥IIM2C数据分析方案， 完成了第一幅完整的Chang’E-1 IIM 2C月球正面反射率影像。

从信噪比和信息熵两个方面对干涉成像光谱仪(IIM)高光谱数据的信息质量进行了评估，以期为IIM高光谱数据的深入应用提供参考依据.结果显示，IIM高光谱数据整体信息质量良好，中间波段影像信息质量优于两端波段，750 nm附近作为月表斜长石、辉石光谱曲线反射峰,表现出较好的信噪比和信息熵,这对提取月表元素与矿物具有重要意义，但作为辉石、斜长玻璃矿物吸收谷的930 nm波段附近则信息质量较差；前9个波段信息质量上升趋势明显，但整体较差，建议在使用时对噪声做着重处理；第一波段和最后一个波段信息质量较差，建议舍去.