红外高光谱干涉仪由于其多通道、大入射辐射通量的优势已经成为星载大气探测的重要仪器。红外高光谱干涉仪因结构复杂,其定标精度受到多种定标参数不确定性影响,且部分定标参数随时间缓慢变化,因此需要不定期更新。然而,在轨观测包含多种不确定性,同时一些定标参数的不确定对定标精度的影响特征具有相似性,因而如何从在轨观测中演算出合理的定标参数值一直是仪器在轨定标领域的重点和难点问题。本论文发展了一种能够从耦合定标误差中定量同步分离多种仪器定标参数偏移量的方法,可以优化定标参数,提高定标精度。本论文以风云三号D星（FY-3D）红外高光谱大气探测仪（Hyperspectral Infrared Atmospheric Sounder,HIRAS）为例,首先建立了红外高光谱干涉仪的观测与定标仿真模型。为了精确、定量分析仪器参数变化对定标结果的影响,基于仿真模型,理论推导了定标辐射关于多种定标参数的微分演化模型,据此分别对探元参数、非线性系数以及定标源参数进行敏感性分析。由此建立了变分优化所必需的正演与雅克比矩阵模型。最后,根据观测定标辐射与理想（参考）辐射的偏差创新发展了基于变分原理的红外高光谱定标参数优化方法（Variational-based Calibration Parameters Optimization Algorithm for Hyperspectral Infrared Sounder,Var Cal POA-HIS）,并利用风云三号D星HIRAS地面真空试验和在轨数据进行了验证。本论文的主要结论如下:1)敏感性分析:对于光谱定标,探元离轴距离3σ不确定度（444μrad）导致的光谱波数偏移约10ppm,而探元半径3σ不确定度（194μrad）导致的光谱波数偏移为1.8ppm,即探元离轴距离不确定性是影响光谱定标精度的主要因子;对于辐射定标,影响长波波段的主要参数为内黑体温度,其3σ不确定度（0.06K）引起的定标亮温偏差达到0.06K;影响中波波段的主要参数为非线性系数,其3σ不确定度(0.0384V-1)引起的定标亮温偏差约为0.2-0.5K;影响短波波段的主要参数为冷屏发射率,其3σ不确定度（0.0009）引起的定标亮温偏差呈现极强的光谱特征,即在强吸收波段偏差高达0.6K,而在窗区偏差则在0.02K以内。2)Var Cal POA-HIS法在仿真数据耦合仪器误差分析中的应用:利用Var Cal POA-HIS法得到三个敏感定标参数（内黑体温度、非线性系数和冷屏发射率）的最优值,且与给定的参考值一致,精度能够达到10-4左右。对290K温度的黑体目标,在长波、中波和短波波段,定标参数最优值对应的定标精度比初始值分别提高了约0.1K、0.2-0.5K和0.05-0.5K左右。3)Var Cal POA-HIS法在HIRAS真空数据和在轨数据耦合仪器误差分析中的应用:对于真空试验数据,以已知温度的测试黑体辐射作为参考辐射;对于在轨数据,则以近重合轨道的Cr IS在轨观测为参考辐射,通过Var Cal POA-HIS法获得定标参数的最优值,并利用独立样本对定标参数的最优值进行检验。真空试验数据的验证结果表明,对260.15-325.15K的目标温度,最优定标参数相比于真空试验测试值对应的定标精度在长波、中波和短波波段平均而言分别提高了约0.3K、0.3K和0.4K。在轨数据的验证结果表明,对不同目标温度,最优定标参数比真空试验测试值对应的定标精度在长波、中波和短波平均而言分别提高了约1.4K、0.8K和2.6K。对于不同季节的在轨数据验证显示,最优定标参数对应的定标精度稳定,证明了最优定标参数的多季节适用性以及FY-3D HIRAS仪器在轨性能的稳定性。本文从仿真数据、真空试验数据和在轨数据三个方面阐述了利用Var Cal POA-HIS法分离耦合仪器误差的可行性,提供了一种红外高光谱仪器在轨优化定标参数的方法,进而提高红外高光谱数据辐射定标精度,更好地服务于数值天气预报。本文工作可进一步拓展研究定标参数不确定度对反演产品精度的影响,建立卫星产品精度与仪器参数的论证关系,为未来卫星和仪器指标论证奠定很好的理论基础。在仪器仿真模型、定标参数敏感性分析以及精确推演定标参数方面的研究成果也可应用于未来红外基准载荷的工程建设和仪器研制过程,对其他星载仪器误差分析和数据精度的提高,也具有非常有价值的参考和借鉴意义。