太阳辐照度光谱仪是FY-3晨昏星的重要载荷之一,通过紫外、可见和近红外三个通道对太阳光谱辐照度进行测量,获得太阳光谱辐照度特征,捕捉太阳活动对光谱辐照度的影响,用于研究太阳物理学、大气物理学和气候物理学,对于气候变化研究具有重要意义。星载太阳辐照度光谱仪除导行镜、转台、谱仪电箱和电控箱等配套单元外,核心单元是紫外谱仪（UV）和可见/近红外（VIS/NIR）谱仪。两台谱仪具有高精度、宽谱段、高度集成化等特点,在轨工作寿命8年。如何解决宽谱段范围的高精度光谱探测问题,并满足长期稳定性及卫星资源限制等要求,是设计、研制太阳辐照度光谱仪关键问题所在。本文针对该问题,依据三个通道拼接覆盖165nm～2400nm光谱范围的光学设计,从结构分析入手,剖析了保证光谱精度的必要条件,提出波长扫描机构设计、系统集成方案及定标修正方法,并加以实施验证,从而突破了精密波长扫描机构和双通道光谱仪集成的关键技术,为仪器在轨获得高精度、高分辨率的太阳光谱辐照度数据提供了保障。具体研究内容如下:1)高精度、长寿命波长扫描机构设计及精度分析为满足太阳光谱仪高光谱分辨率需求、卫星资源限制及可靠性指标等,分析对比了国内外多种波长扫描机构及精度。根据所研谱仪光学设计、工作原理及可靠性、光谱精度指标要求,确定采用油润滑的丝杠摆杆机构,并对丝杠的预紧结构和丝杠定位方式进行了优化设计,提高了丝杠的定位精度和丝杠回零效率。根据结构设计推导波长扫描机构驱动公式,并计算得出丝杠长度55mm、绝对定位精度优于5 μm、重复定位精度优于1μm等机械指标要求,为确定谱仪系统方案提供了理论依据。对波长扫描机构进行综合误差分析,复核复算谱仪相关指标,并加以验证,得出结论:光谱重复性优于±0.05nm,光谱测量误差不超过±1.227nm,满足应用需求,理论分析与验证结果一致。2)共轴光栅双单色仪系统高精密集成技术研究针对太阳光谱仪四块光栅共轴及光路对称的结构特点,基于光路可逆原理,研究简化复杂光路,并提出建立四平行光束法和以平行光束为基准的双侧串联调试法两项核心集成技术,满足了谱仪系统高精度指标及高度集成化的要求。经过精密集成的仪器在满足光谱分辨率的前提下,保证了光谱能量输出最大化。a.四光路平行光束法:将一束激光分光再反射、自准直等形成平行光束,实现了四块光栅位置同时精确校准,控制光栅集成后相互角度误差优于1.7′,满足系统要求;b.平行光束为基准的双侧串联光路法:仪器出缝和入缝位置使用两束基准光束,进行各光学元件精密校准,使小型化的谱仪中光路串联难度降低,并使各组件间相对位置的调整更为精确。3)光谱波长非线性分析及修正方法研究为进一步提高太阳光谱仪光谱测量精度,在定标环节对影响仪器精度的波长非线性进行补偿。引起太阳光谱仪波长非线性的两个主要误差源是滑块装调角误差和光栅装调角误差,对此分析了波长非线性产生机理,采用在定标公式中引入误差项等方法,推导出匹配本系统的光谱波长非线性修正公式,成功应用于集成后的太阳光谱仪系统,将定标精度由修正前的0.08nm提高到0.03nm,满足了系统指标要求。4)波长扫描机构及谱仪系统温度特性分析空间应用谱仪导热状态及环境温度等热环境不同于地面,因此对太阳光谱仪光谱测量精度这一重要指标进行热分析是非常重要的工作内容。本文分别分析了波长扫描机构和太阳光谱仪光谱温漂特性,并提出在轨修正方法。a.波长扫描机构温度特性分析根据波长扫描机构的结构、工作原理,分析了波长扫描机构温度变化影响光谱仪光谱测量精度的机理。利用温度均匀化有限元模型,分析了机构零部件温度敏感性,推导出热变形和波长漂移的关系式,构建了波长扫描机构温升和波长漂移的转换方程,单元温度试验结果验证了转换方程的准确性。b.太阳光谱仪温度漂移定量化分析及修正方法研究为了适应空间环境,对太阳光谱仪进行了专项真空热平衡试验,总结此次整机热试验结果,用温度监测点的温度作为整机结构温度的动态表征,利用波长扫描机构温升与系统波长漂移转换方程,进行系统波长漂移量分析,构建了太阳光谱仪温漂定量修正模型。通过与真空定标试验结果比对,验证了该修正模型,为仪器在轨波长修正提供了依据。通过对太阳光谱仪各项关键技术研究,综合结构设计、系统集成方法及光谱修正技术,在轨应用验证:研制的UV谱仪波长重复性优于0.01nm,波长定标精度优于0.05nm,VIS/NIR谱仪波长重复性优于0.05nm,波长定标精度优于0.1nm,满足在轨应用需求,达到国际同类仪器先进水平。