高光谱成像技术融合了光谱技术和成像技术,能够同时获取目标的光谱信息和空间信息,已经广泛应用于矿物勘探、农林资源调查、环境监控以及城市规划等诸多领域。但是目前高光谱成像系统的遥感平台仍以卫星和载人机为主,昂贵的使用成本和苛刻的使用条件使诸多中小用户难以承受。轻小型无人机与之相比,拥有使用成本低,实时性好,可以适应较为复杂的使用环境等诸多优点,并且随着近些年轻小型无人机技术的不断发展,也使得其作为遥感平台成为可能。本文基于中国地质调查局在2011年启动的“星空地一体化光谱关键技术研究与设备研制”项目,设计并研制了一套基于轻小型无人机的高光谱成像系统。为了适应轻小型无人机平台的特点,系统设计中主要考虑轻量化,小型化,模块化以及低功耗。该系统共分为五个子系统:电源管理系统,高光谱成像系统,采集控制系统,POS系统以及监视遥控系统。本文的研究内容及取得的研究成果主要包括:对研制的整套系统进行了参数定标和性能测试。为了能够对获取的高光谱数据进行定量化分析,文中对高光谱成像系统进行了光谱定标和辐射定标,并根据定标原理详细的分析了定标精度。同时深入分析了基于单色准直光扫描定标的原理,设计出了一套自动化光谱定标系统,极大的减轻了定标的工作量。发现短波红外高光谱成像仪存在暗背景“温漂”的现象。文中对该现象进行理论分析和实验验证,证明该现象是由仪器自身热辐射引起。最后提出通过准实时去背景的方法减小其影响的方法。根据推扫式成像数据几何校正的方法,分析了姿态位置数据的精度对几何校正精度的影响。并根据获取的无人机平台的姿态位置数据,分析了无人机平台对成像系统的影响以及减小影响的方法。将研制的高光谱成像系统搭载在轻小型柴油无人机上进行了飞行实验,成功获取的高光谱实验数据。对获取的高光谱数据进行几何校正后发现,轻小型柴油无人机震动导致成像的空间分辨率低于系统实际空间分辨率。对凝视型高光谱成像在轻小型电动无人机上的应用进行了可行性分析。根据凝视型高光谱成像原理,分析了无人机平台对光谱信息的影响。提出了通过提取特征点进行图像配准的方法对高光谱数据的光谱信息进行校正,并通过实际的高光谱数据进行了仿真实验。文中以AOTF高光谱成像仪取代了Offner高光成像仪,同时简化了整个系统,最后在电动无人机上实现了飞行实验,获取了相关试验数据。