地球表面温度是在太阳照射下地球和大气之间长期能量交换作用的结果,是地球资源环境状态的一个重要参数。在8~14μm大气窗口内设置2个热红外探测通道,根据其大气吸收作用的不同剔除大气辐射的影响,从而获取实时的地表温度,称为分裂窗反演方法。在2个通道探测灵敏度和空间分辨率水平相当且大气吸收作用明显不同的前提下,该方法所需数据量小、计算过程简便、反演精度较高,成为理想的地温反演手段。传统上光机扫描型的空间热红外遥感仪器,选用体材料的单元探测器,响应波长一般在10~13μm,利用该谱段内分裂窗通道遥感数据反演地表温度一直是遥感应用学科中一个十分重要的研究内容。随着长线列红外探测器研制技术的进步,采用推扫成像方式获取地物目标热红外辐射信号将成为星载红外遥感仪器的发展趋势,这具有长驻留时间带来的高灵敏度和高空间分辨率等优势。但长线列探测器采用液相外延的生长方法,目前与10~13μm谱段的器件相比,响应谱段在8~10μm的器件在性能和成熟度上都有较大优势,且达到同样探测灵敏度的低温要求能够放宽。因而研究和探索利用8~10μm内分裂窗遥感数据反演地表温度,具有一定的实际意义。本文以“宽波段成像仪”上配置的热红外分裂窗通道子系统为研究目标,选用Hg Cd Te红外焦平面探测器和FPGA可编程逻辑芯片,在“高灵敏度”和“大范围视场”的要求下,以“推扫成像方式、双线列探测器共光学系统、双模块视场拼接、单帧图像积分时间可调及多次累加”为核心设计方案进行了原理样机的搭建,从理论上分析了系统性能,并进行了实验室测试。有别于传统分裂窗通道10~13μm的谱段设置,本文从8.125~8.825μm和8.925~9.275μm的分裂窗通道谱段设置出发,在研究了国内外多种分裂窗反演算法的基础上,推导了一种分裂窗计算公式并验证了其精度,通过多种手段验证了8~9.3μm的分裂窗通道谱段设置的可行性和有效性,可为未来地温反演应用作参考。最后,基于该子系统的光机成像特点,提出了适用的图像配准和图像恢复方法,可用于反演前的预处理工作。本文针对我国载人航天工程对地观测新型遥感器的技术发展,提出了一种8~9.3μm分裂窗计算模型并验证了其精度,具有很强的工程应用意义和较高的学术价值。论文主要研究工作及创新点如下:1)在国内首次开展了8.125~8.825μm和8.925~9.275μm分裂窗用于反演海面温度算法的研究,建立了相应的计算模型,拓展了分裂窗通道的谱段选择;利用MODTRAN验证了该分裂窗技术温度反演的精度,结果优于0.4 K。2)结合三种在10~13μm分裂窗通道上发展的经典反演算法,验证了分裂窗算法在谱段移植上的可行性,并利用ASTER在轨遥感图像,对比了8~9.3μm内分裂窗通道与10.25~11.65μm内分裂窗通道应用于海面温度反演的反演温差,论证了本文通道谱段选择的有效性。3)根据遥感器热红外子系统设计方案,分析了两个通道图像间的失配类型,提出了相应的图像配准方案及修正方法,并利用真实遥感图像,分析了图像退化对温度反演结果的影响,给出了图像恢复和辐射量修正方案,提高了特定目标的反演精度。