随着海洋经济的快速发展,对海洋环境的破坏日益严重,赤潮、溢油作为典型的海洋灾害受到关注,因此世界各国都在大力发展海洋光电监测技术。光学探测作为一种海洋目标探测的主要技术手段,具有信息维度丰富,分辨能力强,效率高的优势,受到人们的广泛关注,但海洋探测存在海雾、耀斑、复杂光照等影响严重的难题,严重影响了探测效果。传统的海洋光电探测主要采用可见光强度探测,微光探测等技术,无法克服海洋环境影响。因此,亟需研究新型探测技术,解决上述难题。光谱偏振成像技术将光谱成像技术与偏振成像技术有机融合,作为一种最近兴起的光学探测成像技术,相比于传统强度探测手段,具有提高对比度,增加作用距离的优势,且大大提高了遥感获取的信息量,可大幅提高海面目标探测能力。据此,本文通过对光谱偏振成像技术的研究,提出了机载海洋环境监测光谱偏振实时成像光学系统的总体设计方案,完成了该系统的光学设计,并对系统的成像效果进行了像质评价,开展仿真分析。首先,分析国内外光谱偏振成像技术的发展现状,根据光谱偏振成像应用的不同领域,以及其所能达到的指标,对比不同光谱偏振成像仪的优缺点。其次,从光谱成像及偏振成像的基本理论与技术出发,根据成像方式的不同,分别研究了几种典型光谱仪的工作原理和几种偏振探测的工作方式,并进行对比分析,找出问题,有针对性的开展研究。而后,深入研究基于傅里叶变换方法的斯托克斯光谱解调和复原的原理及实现方法,重点开展斯托克斯光谱的重建、光谱偏振模块调制校准等关键技术研究,开展仿真分析,验证理论、方法的可行性和正确性。最后,针对赤潮、溢油等典型海洋目标监测需求,通过分析光谱分辨率、观测视场角、探测幅宽等参数,确定了光谱偏振成像光学系统技术指标,提出机载光谱偏振实时成像光学系统的总体设计方案。采用双Wollaston棱镜的偏振分光方式,设计了含有双Wollaston棱镜的光谱偏振实时成像光学系统,并开展了仿真分析。分析结果表明,系统成像质量优良,可满足海洋目标探测需求,在海洋环境监测领域具有重要的研究与应用价值。