作为大气三大活跃成分之一,气溶胶是影响气候、环境以及遥感定量水平的重要因素。多光谱和多角度的观测数据,一直被用于气溶胶的反演,而偏振遥感技术使反演使用的地、气辐射信息从标量变为矢量,可以更好地实现气溶胶的探测。多光谱多角度偏振成像卫星遥感,是实现获取大尺度、高频次全球大气气溶胶观测能力的最优手段。论文从大气气溶胶偏振探测的原理及反演方法调研入手,讨论了仪器需实现的关键参数,确定了星载仪器实现多光谱、多角度以及偏振探测的技术方案;针对方案的特点,分析了光电探测系统的主要误差因素。论文重点分析了帧转移CCD的光电特性,论述了其器件级测试对于仪器定标的重要性,研究了暗电流及相对光谱响应这两个温度强相关因素的影响以及校正方法;结合仪器在轨大视场成像的工作模式需求,分析了抗光晕功能实现的必要性,研究了帧转移校正方法,设计了窗口读出时序,保证了校正效果不受部分像元饱和的影响。在此基础上,开展了星载多角度偏振成像仪光电系统的设计。论文根据仪器在轨工作模式的特点,分析了核心动作时序精度对于数据精度的影响,并通过CCD驱动及转轮驱动电路的设计保证了多角度偏振成像仪这种分时检偏技术方案的数据的有效性。最后,论文开展了实验室性能测试及定标,并通过外场对比实验,验证了仪器的关键性能以及对应用需求的可实现性。