高光谱成像技术以其出色的地物识别能力,已成为航天遥感领域最重要的观测技术之一。随着星载高光谱成像系统空间分辨率和光谱分辨率需求的提高,对信息获取系统的灵敏度提出了更高的要求,其中高性能探测器及其应用技术已成为系统性能进一步突破所依赖的一项关键技术,而背照式CCD以其量子效率的显著优势,目前仍是星载高光谱成像仪中首选的可见近红外探测器。本课题针对星载高光谱成像系统中高帧频背照式CCD的应用,从CCD驱动技术和信息获取与处理技术等方面展开了深入的研究。在CCD驱动技术方面,研究了帧转移CCD拖尾现象对光谱辐射测量精度和信噪比的影响,并采取电路优化和CCD内部结构优化相结合的方式,实现了低至100ns的行转移时间,使CCD在高帧频应用中最大的缺陷得到弥补。另外,研究了CCD的暗电流对系统性能的影响,提出了根据暗像元信号自适应调整驱动时序及偏压的暗电流抑制方法,使CCD在不同温度下的暗电流得以稳定在较低水平。针对空间电离辐射效应造成的表面暗电流增大和电荷容量下降的问题,提出了可在轨调整驱动偏压的驱动方式,以弥补辐照损伤的影响。在CCD信息获取技术方面,研究了驱动信号整形、模拟前端芯片的选型、时钟抖动和接地方式等因素对系统噪声的影响,据此进行了低噪声信息获取电路的设计,并提出了谱段可变增益的方法提升了紫光和近红外波段的信噪比。研究了多通道CCD的通道间串扰问题,并通过CCD内部结构的优化使串扰系数得到了显著改善。针对电离辐照效应对读出放大器增益和工作点漂移的影响,采用可在轨调整读出放大器偏压的方式,同时采用模拟前端芯片进行增益补偿,可在一定程度上弥补辐照损伤的影响。在CCD信息处理技术方面,分析了背照式CCD的etalon效应产生的原理及其影响因素,提出了通过空间维平均及光谱维平滑的方法获得参考光谱曲线,并以此生成etalon效应校正系数,在对卤钨灯光谱曲线的校正实验中获得了较好的效果。针对拖尾问题,提出了基于面阵数据与暗行数据相结合以估计帧转移时刻光强数值及分布的拖尾校正算法,从而提高了算法对景物变化的适应能力,并通过实验验证了校正方法的有效性。另外,研究了基于暗像元信号及基于温度监测值的暗电流估计方法,获得了较理想的估计效果,从而使地面测试及在轨运行时的暗电流校正流程得到简化,同时提高了对温度变化的适应能力。本课题根据高光谱成像系统的特点进行了定制CCD的指标需求设计及系统实现,在高灵敏度模式下电路等效输入噪声可低至23e-,在正常工作模式和500Hz帧频下噪声也仅为70.8e-,动态范围大于78d B。在典型的测试条件下,410~900nm光谱范围内的信噪比均高于300,光谱成像实验获得的图像清晰,光谱信息准确。论文的最后就一些有待解决的问题和进一步提升系统性能的方法提出了几点建议。