多目标光纤光谱望远镜可以在一次观测中获得大量的不同天体的光谱数据。 从天体探测到的光在通过光纤之后, 再通过光谱仪狭缝, 然后在CCD传感器中成像为二维光谱图; 之后经过光纤光谱数据处理系统的一系列软件处理, 最终输出可供天文界使用的一维光谱并存储起来。 一维光谱是天文学家研究目标天体的主要手段, 它是通过处理二维光谱图得到的。 以LAMOST为例, 望远镜系统在一次观测后首先会得到32幅由250条光纤光谱组成的二维光谱, 然后经过一系列的处理得到一维光谱。 在这个过程中, 会有很多因素影响到最终一维光谱的精确度。 比如由于望远镜使用时间的增加, 某些元件会产生磨损、 老化或变形, 使得二维光谱中光纤形状会产生一定程度的弯曲, 这种弯曲在二维光谱的两侧表现得尤为明显。 在一幅常见的二维光谱中, 纵坐标方向代表了抽取的一维光谱的波长方向, 横坐标方向代表了抽取的一维光谱的流量方向, 这种弯曲形变的产生会影响到之后的波长定标和流量定标, 使得抽取的一维谱信息不准确。 目前初步的解决办法是通过与定标灯谱的比对来尽量减少其影响。 但这样不仅造成了时间和人力的浪费, 而且准确率和效率不高。 就这一现状, 提出了一种基于曲线距离法的思想, 将弯曲的二维谱线校直: 首先采用灰度重心法将一幅二维光谱中的250条光纤中心轨迹进行定位, 将异常点采用稳健的局部回归方法剔除; 然后将中心轨迹进行曲线拟合, 得到光纤中心轨迹的方程; 通过模仿曲线变弯的逆过程, 即保持轨迹上两点间的曲线距离不变, 再将弯曲的光谱映射到竖直的法线上, 完成校直过程。 在整个过程中保持各个对应点的灰度值不变, 通过边缘处理和插值运算解决产生的像素点稀疏问题。 最后采用累加法进行一维谱抽取, 并将校直后抽取的一维光谱与未校直抽取的一维光谱进行比对, 比对后可发现校直前后在一维光谱的两端差别较大, 其差值谱线也说明了这一点。 该方法实现了二维光谱的自动校直, 大大提高了抽取一维谱的效率和准确性。 二维光谱的预处理和校直方法首先在LAMOST数据上进行验证, 鉴于多目标光纤光谱望远镜系统原理的相似性, 该处理方法也适用于其他的多目标光纤光谱望远镜系统, 具有较好的参考和应用价值。

传统的罗兰圆光谱仪和Czerny-Turner型光谱仪常常采用刻线密的光栅和大的成像焦距,来提高其光谱分辨率,其结果导致成本高和仪器体积庞大.为了克服这一缺点,提出了一种中阶梯光栅和低色散棱镜相结合的光谱仪光学系统设计方法.具体分析了中阶梯光栅的基本原理和使用方法,给出设计基于中阶梯光栅的光谱仪基本步骤,并且实际设计了基于中阶梯光栅的高分辨光谱仪光学系统,焦距为400 mm,可在全谱工作波段180~800 nm 成二维光谱.Zemax光学设计软件对光学系统进行光线追迹结果表明,该系统环围能量在单个CCD像素(24 mm×24 mm)内达到50%~70%以上,200 nm 处分辨率可达0.00675 nm,完全满足设计指标要求.

中阶梯光栅光谱仪二维谱图中， 信号光斑位置的提取精度直接影响光谱分析精度， 是中阶梯光栅光谱仪研制中的关键问题之一。 为保证中阶梯光栅光谱仪的高分辨率特征（其分辨率一般为几千以上， 本仪器光谱分辨率为15 000）， 信号光斑的位置提取误差应小于0.03 mm（小于2个像素）。 在分析中阶梯光栅光谱仪谱图特征的基础上， 提出了一种基于质心法的信号光斑位置提取算法， 即通过搜索信号光斑探测窗口进行光斑判读以及信号光斑质心计算， 实现了信号光斑位置的精确读取。 实验结果表明， 采用该算法可以有效地去除噪声光斑的干扰， 实现信号光斑位置的快速精确读取， 位置提取误差小于2个像素， 波长误差小于0.02 nm， 满足本仪器要求。