天空背景下弱小目标识别在航天器飞行安全中至关重要。目前,目标识别主要有雷达探测与红外识别等方法。但是,雷达易受电磁干扰,而红外识别信噪比差,应用于目标识别和航天安全等对精度要求比较高的领域仍存在缺陷。特征光谱背景噪声消除技术是一种新型抗干扰能力强、实时性好的识别定位方式,成为了光谱成像和数字图像处理的研究热点。围绕特征光谱消除或抑制背景噪声的应用需求,考虑到不同原子燃烧时在光谱上的差异,本文对飞行物燃烧成分和飞行物尾焰光谱进行了分析,并结合应用需求,设计并制备了一款专用微纳滤光片。实验研究了不同环境下特征光谱背景噪声消除的方法,实现了高质量成像和对比度提升。本论文的主要工作包括:（1）提出一种基于两种不同中心波长滤光片成像后相减来消除背景噪声的方法,并实验验证了其有效性。围绕飞行物尾焰中各原子谱线的特点,选用钠原子辐射的589 nm作为特征光谱成像实验的特征波长。实验中,在相机前分别放置中心波长为589 nm和579 nm的窄带滤光片,采集得到含目标与背景和仅含背景的两幅图像。在进行灰度拉伸、特征匹配等处理后,将两幅图像相减可得到消除了背景噪声图像。结果表明,在室内实验与外场试验中,使用该方法可将目标与背景的对比度分别提高十九倍和一百三十一倍。（2）设计并制备了一款专用便携式四通道微纳滤光片。该滤光片能够实现在一次曝光拍摄中获取四种通道光学灰度图像,且可以消除图像之间位置偏移和曝光差异带来的干扰。根据试验需求对滤光片进行膜系设计,测试了在不同条件下对薄膜的刻蚀速率,并流片制备出了特定几何尺寸的微纳滤光片。该滤光片与传感器连接可装备在工业相机中实现快照式光谱成像,相比于传统分光进行光谱成像的技术,该方案具有明显优势。