为监测全球范围内CO2排放，确定碳源碳汇位置，需高精度探测大气CO2柱浓度。首先介绍遥感卫星探测大气CO2 柱浓度原理，并利用逐线积分辐射传输模型(LBLRTM)，分析探测精度、光谱分辨率、信噪比需求之间的相互关系。然后，基于遥感卫星探测要求，分析光学系统指标。根据指标，选择中阶梯浸没衍射光栅分光元件，确定逆卡塞格林结构前置系统和离轴三反消像散结构分光系统。设计了F 数4、光谱分辨本领21000的大气CO2柱浓度探测成像光谱仪光学系统。设计的光学系统由1个前置系统、1个分光系统和3块焦平面探测器