航天推帚高光谱成像是空间遥感领域中一项重要的对地观测技术。随着空间分辨率的不断提高和谱段数目的增多，高灵敏信息获取技术成为了高分辨率成像光谱仪重要的关键技术之一。目前，基于成品探测器的信息获取系统面临各项设计极限，造成了仪器向更高分辨率进步的技术瓶颈。本课题基于近年来迅速发展的CMOS图像传感器，以探测器本身及整个光谱成像信息获取系统为对象，对二者的匹配与应用技术展开了深入的研究，主要内容包括：1）论文从理论上对限制信息获取系统灵敏度的因素进行了详细分析，针对高分辨率光谱成像系统的特殊性，提出了通过压缩系统动态范围换取信噪比的核心思路。根据这一思路，结合CMOS图像传感器的工作原理，对探测器的各项参数进行了建模、分析和计算，提出了匹配信息获取系统的高灵敏度探测器设计方案，并进行了仿真验证。2）论文对CMOS探测器应用于高光谱成像的适用性及特殊性展开了研究，对CMOS探测器的非均匀特征、曝光方式、工作模式等进行了细致的分析，并给提出了具体的应用方法。基于CMOS探测器的灵活性，本文提出了专用于高光谱成像系统的特殊探测器设计与应用手段，包括波段可变增益、可编程光谱成像、实时在轨光谱定标等，并对部分设计做了试验验证。3）论文将设计的高灵敏度CMOS探测器进行了实际应用，并对其应用技术展开了研究。分析并实施了与之匹配的电子学降噪手段，最终实现了450Hz帧频下总噪声小于40e-，其中电路噪声小于10e-的高灵敏度信息获取系统。经计算，该噪声水平已经达到了航天高分辨率成像光谱仪典型成像条件下的光子噪声限。4）本课题设计、开发并测试了包括探测器在内的一整套成像光谱仪信息获取系统，搭建了光谱成像试验装置，最终实现了450Hz帧频的光谱成像。该成像帧频应用于空间对地遥感将具备500km轨道高度16米地面分辨率的高分辨率光谱成像能力。5）论文对成像光谱仪的信噪比模型进行了新的研究，在以往仪器信噪比计算方法的基础上提出了基于图像的新信噪比模型，加入了大气散射对高光谱成像质量的影响。本文对该模型进行了理论计算和试验验证。论文最后就进一步提高仪器的性能和工程化应用提出了几点建议。