针对圆形截面非均匀流场的速度分布测量问题，提出了基于激光吸收光谱技术的圆形燃烧场流场速度二维重建方法。建立了激光光谱吸收率与流场速度分布的物理模型，重建了光谱吸收系数分布并对流场速度分布进行了数值模拟。结果表明，对于圆形区域速度分布重建，在信噪比为15 dB的重建验证中平均相对误差稳定在3.73%，在信噪比大于35 dB时，重建结果的平均相对误差稳定在1.50%以下，且对于不同的输入模型下（双峰、环形）的速度分布重建该方法重建结果稳定，本文使用的重建方法能够较准确地反映流场速度的分布情况，可实现对极坐标下圆形区域及环形区域速度分布的重建。研究结果可为激光吸收光谱技术在发动机流场气体诊断中的应用提供技术支撑。

针对激光吸收光谱技术波长调制方法测量技术，提出了一种非分光多谱线二次谐波测量方法。通过调整谱线间相对位置，在无需光栅等分光装置条件下可实现对多谱线调制信号的解调制，进而在线测量气体温度。基于7185.60 cm^-1/7444.35 cm^-1 H₂O吸收谱线讨论了调制系数和谱线间相对位置对于测量的影响，结合调制信号频谱图分析了不同调制频率工况下的二次谐波提取方法。利用数值仿真方法建立了脉冲爆轰过程复杂流场变化模型，采用提出方法对脉冲爆轰过程燃气温度进行了测量，验证了该方法的正确性。研究结果对复杂环境条件下波长调制测量方法的应用具有重要意义。

为了提高激光干涉测量法的抗干扰能力，提出幅度调制激光干涉测量法。使用可调谐半导体激光器的高频调谐特性对激光信号进行幅度调制，通过水表面反射光与参考光的干涉来获取水下声场的信息，采用锁相放大解调制法实现激光干涉水下声信号的准确反演。对幅度调制激光干涉水下声信号特征进行模拟，搭建基于光纤耦合式的激光干涉水声测试系统，采用10 kHz的调制频率驱动中心波长为1405 nm的尾纤输出可调谐半导体激光器，并对水下声信号进行测量。结果表明，所提方法能够有效提取水下不同频率和不同强度声信号的振动特征，在频率为2 Hz的脉冲噪音的干扰条件下，相较于传统激光干涉测量法，所提方法测量的信噪比提高了10 dB以上，增强了水声测量的抗干扰能力。

根据时-空守恒元算法得到的脉冲爆轰发动机管外流场分布结果, 针对燃气流场分布进行了重建模型假设, 给出了一种基于多谱线吸收光谱技术的爆轰发动机管外流场燃气参数测试方法, 并对重建模型偏差及计算方法误差进行了仿真研究。 针对80 mm口径无阀式气液两相连续脉冲爆轰发动机设计搭建了爆轰燃气管外流场测试系统, 通过10 kHz高频扫描四条H2O吸收谱线采用直接吸收法结合时分复用技术同时对爆轰燃气流场进行扫描测试, 实现了脉冲爆轰发动机管外流场的在线监测, 并通过多点同时测试首次对管外流场燃气温度分布进行了重建, 验证了测试方法的可行性。 本研究为拓展激光吸收光谱技术应用于爆轰领域全方面诊断提供了实验支撑, 对推进爆轰机理研究、 爆轰噪声影响因素及噪声控制研究具有重要意义。

对爆轰燃气准确有效地检测可以为探索爆轰形成机理以及提升爆轰发动机工作效率提供数据支撑。 提出了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术结合双光路互相关算法的气液两相爆轰燃气速度、 温度和组份浓度同时在线测量方法, 针对口径80 mm无阀式脉冲爆轰发动机设计并搭建了双光路光学测试系统, 通过50 kHz高频扫描1 343 nm波段H2O吸收谱线完成对爆轰燃气速度、 温度及H2O气体浓度的在线诊断。 测试结果表明光学测试系统可以实现对瞬态爆轰过程燃气变化特征的细致分析, 单个爆轰过程持续时间为85 ms, 爆轰循环过程中爆轰波速度最高达到1 172 m·s-1, 爆轰燃气最高温度达到2 412 K, 爆轰燃气中H2O气体浓度维持在0～7%之间; 爆轰过程中出现了短暂的速度平台与温度平台。

可调谐半导体激光吸收光谱技术是一种具有高灵敏度、 高选择性的非接触式气体在线测量技术。 通过直接扫描多条H2O特征谱线并结合最小二乘算法实现对开放环境气体温度的在线测量。 利用HITRAN光谱数据库详细讨论了边界效应对气体温度浓度测量的影响, 计算结果表明, 扫描多特征谱线并结合最小二乘算法可有效减小边界效应对开放环境气体温度测量的影响。 实验中采用时分复用技术同时扫描了7 444.36, 7 185.60, 7 182.95和7 447.48 cm-1四条H2O特征谱线, 对管式炉573～973 K范围内不同工况下的气体温度进行了测量。 吸收光谱测量结果与热电偶信号的最大温差小于52.4 K, 温度测量最大相对误差为6.8%。

为了研究化学激光器喷管列阵入口流场的变化特性，建立了适合于该流场特点的数学物理模型。该模型以化学激光器实验装置为基础，其喷管列阵分别由3个和4个单独的喷管构成。应用二维黏性守恒元与求解元(CE/SE)方法对该数值模型进行了计算模拟。结果表明,CE/SE方法能有效地模拟该流场中高温燃气的流动过程；流场达到稳定后计算得到的相关参数与实验结果基本吻合；对单一的喷管而言，流场中的相关参数(如压力、速度等)分布具有一定的对称性，其结果可以扩展至由更多单一喷管组成的喷管列阵。

A modified adaptive algebraic reconstruction technique (MAART) with an auto-adjustment relaxation parameter and smoothness regularization is developed to reveal the tomographic reconstruction of H2O distribution in combustion from incomplete projections. Determinations of relaxation parameter and regularization factor are discussed with regard to the consideration of improvement in reconstruction and reduction of computational burden. A two-wavelength scheme from tunable diode laser absorption measurement, 7444.36 and 7185.59 cm ?1, is used to simplify the nonlinear solution problem for obtaining the tomographic distributions of concentration and temperature simultaneously. Results of calculations demonstrate that MAART can perform the reconstruction results more efficiently with little complex modification and much lower iterations as compared with the traditional algebraic reconstruction technique (ART) or simultaneous iterative reconstruction technique (SIRT) methods. The stability of the algorithm is studied by reconstruction from projections with random noise at different levels to demonstrate the dependence of reconstruction results on precise line-of-sight measurements.

结合计算机断层成像算法与吸收光谱气体测量技术,实现了对于均匀温度压力下气体分布二维图像重建。设计搭建了基于4个小型旋转平台摆动扫描的断层重建系统,在0.1 s内完成对于16 cm×16 cm测量区域的空间扫描,获得由激光器高速扫描气体吸收谱线所采集得到的400组投影数据。采用数值模拟方法,利用代数迭代重建算法(ART)与最小二乘QR分解算法进行重建与对比,并考察了气体浓度边界条件对重建结果的影响。实验室内利用体积分数为4 %的NH3混合气体作为测量介质,重建了测量区域内圆形烟道出口不同位置处的气体断层分布图像,并对结果进行了分析。