高浓度水雾条件下的表面高温温场反演测量在航空航天、 冶金铸造等工业领域有着重要的应用。 由于水雾的弥散作用, 高温表面的辐射透过水雾后, 会出现强烈的衰减和散射, 导致传统辐射测温方法出现很大误差。 现有水雾弥散条件下的温场反演测量主要包括基于试验数据反推及实时测量水雾参数进行修正的测量方法, 并基于辐射传输理论对测量结果进行误差分析和评估, 测量方式多为单通道或双通道点辐射测温。 基于水雾场红外光谱辐射特性的计算, 提出了一种水雾强弥散条件下表面高温温场多光谱成像反演方法; 根据辐射传输理论, 考虑强弥散条件下的邻近效应, 建立了相应的反演模型。 在水雾场相关参数未知的情况下, 通过三个透过水雾场后的高温目标长波红外光谱辐射图像, 反演得到表面高温温场的真温分布。 反演第一步是辐射温度场反演, 即通过长波红外辐射图像, 根据定标曲线和高温目标的光谱发射率先验数据, 得到高温目标透过弥散水雾场经过发射率校正的辐射温度场; 反演的第二步是根据三通道非线性反演模型, 得到目标的真温温场分布。 设计了一个长波红外三光谱通道反演测量装置, 中心波长分别是8.8, 10.7和12.0 μm, 对高温目标进行三个长波红外光谱通道的同时探测成像。 设计了一套验证测试装置, 利用标准高温黑体源和水雾弥散设备, 进行了高温目标水雾弥散条件下的辐射图像采集和目标温度的反演试验。 试验结果表明8~14 μm长波红外波段比短波波段对水雾弥散具有更强的抗干扰能力, 在1 100和1 200 ℃典型温度点反演的平均误差在7%左右, 大大减小了未经校正的辐射传输失真, 适用于黑体和灰体高温目标, 且无需水雾场的浓度和粒径分布等先验信息, 基于多光谱成像信息的水雾弥散条件下温场反演方法具有一定的普适性和创新性。

在航空航天、冶金铸造等各种工业现场高温热试验过程中，需要在高浓度弥散介质遮蔽物件表面的条件下，快速、准确地获取试验件表面的高温温度。传统的辐射测温方法包括波段辐射法、亮度法、比色测温法、多波长测温法等，是实现高温测量的一种主要测量方法。弥散介质由于介质粒子的作用会产生各种光谱散射、吸收和发射效应，给高温的准确测量带来了很大的干扰，导致测量结果产生偏差，必须要改进经典辐射测温方法。论述了弥散介质条件下几种主要的辐射测温方法，包括试验数据反推法、热辐射计算法、多通道分裂窗法、信息复原计算法、神经网络计算法等，分析了各种方法的优点和不足，总结了弥散介质条件下辐射测温方法面临的挑战和发展趋势。

为了实现115~200 nm的真空紫外光谱辐射计的校准，针对现有方法中校准源均匀性不高、量值传递链条长、校准波段下限不够的问题，设计了两种校准方法。基于标准漫反射板的校准方法中，研制了测量最低波段到115 nm的真空紫外双向反射分布函数（Bidirectional Reflectance Distribution Function，BRDF）/双向透射分布函数（Bidirectional Transmittance Distribution Function，BTDF）测量标准部件；基于标准辐射计的方法中，提出了相应的真空紫外光谱辐射亮度传递标准设计方法，标准视场角为2°，在真空条件下完成了实验验证；提出了一种标准真空紫外漫透射器制备方法，对标准真空紫外漫透射器的空间分布特性进行了测量，该方法在±10°角度范围内具有良好的均匀辐射朗伯特性。建立了校准装置，分析了各自的量值传递链条和测量不确定度，表明基于标准辐射亮度计的方法中减少了BRDF测量不确定度分量，测量不确定度更优。利用校准装置对风云卫星上的载荷进行了校准，115~200 nm波段光谱辐亮度测量不确定度为12%（k=2），载荷在轨运行良好。真空紫外光谱辐射计校准方法和装置对空间真空紫外探测技术的研究和应用具有重要的意义。

光谱发射率是表征材料热物理性能的重要参数。 对于非导电材料的高温光谱发射率测试, 一般采用高温加热炉加热或辐射加热的方式来进行发射率测试, 存在的问题是采用高温石墨炉加热时, 样品可能会与高温石墨发生化学反应, 从而破坏材料原有物性; 采用辐射加热, 一般是单向静止加热, 会存在样品温场梯度非均匀分布的问题。 基于激光旋转加热和样品/黑体整体一体化设计, 提出了一种“样品动中测”的非导电材料高温光谱发射率测试新方法, 建立了相应的测量模型, 突破了传统的 “样品静中测”的局限, 样品与参考黑体共形一体化设计, 采用微区域光谱辐射成像方法, 同时测量参考黑体和样品的光谱辐射能量与温度。 建立了激光旋转加热状态下的热传导方程, 对典型样品材料的温度分布进行了仿真计算, 结果表明旋转样品温场分布较为均匀, 分析了温场分布与红外光谱发射率测量误差间的关系, 给出了适用于本测试方法的材料的热导率下限值。 基于该方法, 搭建了相应的测量装置, 对典型材料碳化硅在1 000 K时的光谱发射率进行了测试, 在4 μm处对各个典型高温温度点的光谱发射率进行了测试, 得到了碳化硅材料在红外波段的光谱发射率波长变化和温度变化规律特性。 与国外的测量结果进行了比对, 结果较为一致, 验证了激光旋转加热光谱发射率测试方法的可行性。 采用此方法, 不破坏样品本身的理化特性, 样品加热升温速度快, 测量温度范围上限高, 有效减小了激光静止单向加热带来的温度不均匀性, 可同时测量出样品和参考黑体的光谱辐射亮度及温度, 无需另外再设计标准高温黑体, 解决了现有非导电材料高温光谱发射率测试中非均匀加热和辐射能量同步比对测量的问题, 可应用于多种非导电材料高温光谱发射率的测试。

多波长测温是一种先进的辐射测温技术，其原理是假定发射率光谱模型，利用测得的多波长辐射与波长发射率函数关系，求得目标的真温和发射率。多波长成像测温技术通过探测目标的多波长辐射图像信息，反演计算得到目标的温场分布。针对基于彩色CCD的多波长成像测温不能适应非线性光谱发射率模型、测温动态范围较窄等不足，提出了一种基于光阑处非等比例滤色分光的四波长无扫描成像测温方法，有效压缩了波段成像带宽，形成了四个窄波段的成像探测，适用于非线性光谱发射率模型目标宽动态范围温场测量。根据提出的测温方法研制了四波长成像测温仪。测温仪主要由窗口、中性衰减片、四色滤光片、光学物镜镜头、可见/近红外集成传感器、测量控制单元及软件等部分组成。测温仪软件由目标四个波长的单色成像图像，得到目标的真温温场分布。在激光加热条件下对800~2500 ℃目标高温温场进行了试验测试，测量结果与热电偶数据比对表明误差小于1%，具有较高的准确度和较好的动态范围适应性。

针对红外载荷在轨服役期间低温目标的红外辐射探测需求，提出一种真空条件下的低温红外辐射测量方案，并研制了测量装置。测量装置主要由低温红外光学系统、低温机械结构、低温红外探测系统及微弱信号处理系统构成。低温红外辐射经过光学系统会聚到探测器像面，锁相放大器利用相干检测技术将目标信号提取，完成低温红外辐射的测量。测量装置研制完成后，在真空仓内使用标准黑体辐射源，在198 K～423 K温度范围内进行了低温红外辐射定标试验，取得了有效的试验数据，测量不确定度在5%以内。该文提出的真空条件下低温红外辐射测量技术可为在轨空间红外载荷低温红外目标探测设计提供重要数据支撑。

紫外-真空紫外成像光谱仪在我国空间探测中的应用越来越广，在其研制过程中需对其进行校准，但目前国内尚无针对紫外-真空紫外成像光谱仪的计量标准，无法保证测量结果的准确可靠。该文设计了一种紫外-真空紫外成像光谱仪校准装置，实现对紫外-真空紫外成像光谱仪的光谱范围、波长、光谱响应度、空间角分辨率、均匀性等参数的校准。经测试验证，波长测量不确定度为0.080 nm（k=2），光谱响应度测量不确定度为6.8%（k=2），空间角分辨率测量不确定度为0.022 mrad（k=2），均匀性测量不确定度为4.2%（k=2）。