高光谱成像技术将光学成像技术与光谱分析技术有机地结合在一起,在获取目标的二维空间信息的同时,也获取了目标的光谱信息,从而对目标的几何形状和光谱特征进行分析和识别。高光谱遥感兴起于20世纪80年代遥感技术的发展,是当前遥感的前沿技术,它具有光谱分辨率高、光谱波段数多、信息量丰富等特点,可以广泛应用于地质勘查、海洋研究、农业生产等诸多领域。机载摆扫式成像光谱仪作为高光谱遥感成像的一种应用方向,具有成像视场大、成本低、使用方便、机动性好等优点,这对于高光谱遥感成像在民用领域的推广应用具有十分重要的意义。本文以机载摆扫式成像光谱仪为研究对象,为了提高成像光谱仪的成像性能,针对光学系统的成像质量展开研究,重点研究了光谱仪总体方案设计、仪器各项误差引起的像移量的计算以及复杂运动下系统调制传递函数(MTF)的计算三个方面。本文主要的研究工作如下:首先,介绍了机载成像光谱仪的应用需求,确定了光谱仪的总体设计方案以及指标;完成了光学系统的设计,详细介绍了系统各部件的相关参数;确定了摆扫成像的方案,重点介绍了三面摆扫镜的镜面以及口径设计;分析了光谱仪动态成像过程,模拟了地面成像轨迹以及像元对应关系,研究了仪器误差对图像拼接过程的影响,完成了图像的校正;介绍了光谱仪设计方案的优势,总结了目前存在的问题,为之后的研究内容奠定了基础。其次,基于仪器的光机结构定义了成像过程中的八个坐标系,利用齐次坐标变换法建立了航空摆扫式成像的成像链路模型;分析了仪器的各项误差,重点研究了三面摆扫镜自身的加工装调误差对成像链路模型的影响,计算了系统存在误差情况下像面上的像移量;分析了三面镜各项误差对像移量的影响,并结合总体指标对成像光谱仪的各项误差进行了合理的分配,采用蒙特卡洛法仿真了系统的像移量;通过软件仿真验证了成像链路模型的正确性,证明了本文设计的三面镜摆扫成像方案能够满足高图像质量的要求。最后,研究了复杂运动形式的像移对成像系统MTF的影响,提出了一种计算由像移引起的系统MTF变化的通用模型,分析了单一运动形式的像移对系统MTF影响;之后,将计算模型应用在了线性像移运动与高频、低频正弦振动混合的情况,利用第一类贝塞尔函数的无穷项之和简化了公式,得到了MTF的解析表达式,计算了由于取有限项贝塞尔级数之和引起的截断误差,从而得到了MTF的数值解,并对结果进行了分析;为了验证计算模型的正确性,提出了一种利用ZEMAX和MATLAB软件模拟光学系统中像点位移对系统MTF影响的仿真方法;完成了验证实验,实验结果与MTF计算结果相符,验证了计算模型以及仿真模型的正确性,最后,仿真了光谱仪存在误差情况下获取图像成像质量的变化,仿真结果与公式计算结果相符。本文从光谱仪的方案设计、航空成像像移计算、复杂像移下MTF的计算三个方面完成了机载摆扫式成像光谱仪的成像质量研究,研究内容能为航空摆扫式成像光谱仪的指标设计以及图像复原提供理论基础以及技术指导,对推动机载成像光谱仪的研制与应用具有重要的工程应用价值。