成像光谱仪是近几十年遥感中一种全新的技术,它将成像技术与光谱技术结合,可以反映探测目标多维信息,在人类深空探测活动中得到了广泛的应用,主要用来探测星体的大气、矿物、水分等目标。深空探测中也对仪器提出了高灵敏度、高信噪比和高覆盖率的要求,各国探测技术也发生着日新月异的变化。针对行星探测卫星运行轨道的特殊性,一般为椭圆形轨道,与传统的空间成像光谱载荷设计有所差异,设计通过图像交叠拼接对行星全球进行成像。本文以火星表面成像光谱探测中可见近红外通道信息获取技术为背景,针对系统指标,设计了CCD像元合并和轨道变帧频技术,提出了一种满足高信噪比、适用于火星探测器椭圆轨道的信息获取方案。本文讨论了E2V公司帧转移CCD(CCD47-20)的结构与工作原理,分析了信号噪声的产生机理,提出了多元合并提升系统探测信噪比的方法,设计出单元输出、行方向两元模拟合并输出、列方向两元数字合并输出与四元合并输出模式,试验测试表明三种合并模式可以把信噪比提升1.63倍、1.37倍与2.03倍,实验结果与理论分析基本一致,从而验证了理论分析的正确性,该方法已实际应用到工程项目中。论文完成了项目中可见近红外信息链路的电子学设计和验证,其中重点介绍CCD探测器的驱动电路,设计前放电路实现噪声隔离,引入相关双采样机制减轻复位噪声,在暗光条件下采集系统暗背景,暗背景平均噪声低,验证硬件系统达标。论文还研究圆形轨道与椭圆轨道的区别,论证了变帧频应用于椭圆轨道的优越性,计算火星轨道参数确定出帧频9~33fps变化的设计指标,通过变帧频与定帧频的联合设计满足火星表面全覆盖的需求。论文还验证了等积分时间变帧频模式下系统对相同亮度目标响应数值近似,保证了该设计方案系统稳定性高,达到了良好的效果。以上所有设计和验证工作均实际应用到我国首次火星探测火星矿物光谱分析仪载荷电子学设计中。