辐射测温技术随着辐射测量传感器技术的进步而不断进步, 已经由单波长测温发展到多波长和多波段测温, 由点温测量发展到二维甚至三维温度场测量。 但是在辐射测温更精确反演方面, 却很难克服因发射率未知性而引起的模型构建误差。 发射率行为难以确定并极大地影响了测温精度, 急需发展一种具有通用性, 不受发射率具体行为限制, 具有较高稳定性的辐射测温方法。 双波长测温适用于发射率具有灰体行为的物体温度测量, 一系列的发射率补偿算法和波长选择方法均未能很好地实现通用性测量, 往往直接单色测量可能误差比比色法更小。 多波长测温得到广泛应用, 但并不是波长越多越好, 发射率模型仍然具有较大局限性。 提出了发射率直接限定算法和发射率松驰限定算法来反演温度。 在发射率限定条件相同时, 这两种方法是等价的。 发射率松驰限定算法基于最小二乘算法和松驰因子进行真温求解。 推导了松驰限定法的误差传递公式, 发现在保证测量信号强度的前提下, λT越小温度误差越小; 发射率行为对温度相对误差具有重要影响, 在相同的λT条件下, 发射率随波长变化越大, 在限定区间上覆盖越均匀, 测量误差越小。 但从直接限定算法可以看出所测波长数越多, 测量误差越小。 两种方法均可以看出, 减少限定区间长度也可以显著地提高测量精度。

引入线性发射率模型, 基于辐射测温方程组推导了三波段辐射测温方法的等温面方程, 该方程是测量信号矢量与测量信号系数矢量的点积。 根据测量信号系数矢量是温度的单值函数这一特征, 结合二分法求解非线性方程的优点, 提出了三通道辐射测温方法的存储二分法求解原理, 并进行了C++程序实现。 基于C++程序研究了特定测量信号矢量条件下的等温面方程曲线, 结果表明在较大的温度求解区间内该曲线具有单调特征, 随着V3的增加该曲线尾部逐渐上翘由负变正。 误差及时间复杂性分析结果表明二分数为Num时最大误差为(Tmax-Tmin)/2num+1, 求解过程包括3Num+1次乘法和2Num+1次加法, 没有除法和指数对数运算, 极大地提高了温度求解速度。

辐射测温以Planck定律为基础可以在不同的空间位置测量物体表面的发射辐射来反演温度, 以实现物体表面温度的非接触测量, 具有重要现实意义。 Planck定律确立了光谱辐射强度与黑体温度之间的定量关系, 然而在辐射测温理论和实践研究中, 实际物体表面光谱发射率的复杂性和未知性成为辐射温度精确测量的主要障碍。 基于特定的发射率模型, 可以在未知晓物体表面发射率的条件下实现物体温度的非接触测量, 但此时难于考虑被测物体的非漫发射特征。 为了在有限立体角辐射测量条件下实现非漫发射体温度测量, 研究中直接从辐射测量方程出发, 经过适当数学转化后, 提出了辐射测温中的一个新概念一表观发射率, 并对其特征进行了分析, 结果表明在对非漫发射体进行温度测量时在同一次测量中, 表观发射率虽然形式上很复杂但仅是波长的函数, 可以直接针对波长进行模型构建, 进而可以在有限立体角辐射测量条件下实现非漫发射体温度的封闭求解, 进而给出了有限立体角辐射测量条件下非漫发射体的波长和波段测量方程。 同时, 还对有限面积条件下的温度测量进行了研究, 发现如果具有非漫发射特征有限面积上的温度处处相同, 基于表观发射率的构建也可以实现温度的封闭求解。

辐射测温以Planck定律为基础通过测量物体表面的发射辐射来反演温度。 推导了有限立体角辐射测量条件下的单色测温方程, 发现多光谱辐射测温能够实现温度和光谱发射率同时求解通常需满足特定的辐射测量条件: 进行微元立体角辐射测量或仅针对漫发射体的有限立体角辐射测量。 引入多项式发射率模型, 经过数学转化, 可以摆脱以上测量限制, 得到具有测量普适性的单色测温方程, 但却不一定能同时测量光谱发射率。 对测温方程组的多解问题进行了初步研究, 提出使测量通道数大于待求变量数及采用非线性最小二乘来解决此问题。

辐射测温是通过测量物体发出的辐射来反演温度, 辐射测量方程中含有与空间位置相关的非光谱参数, 通常需通过辐射标定予以确认。 而该研究将非光谱参数归入有限项级数形式的光谱发射率中, 这既不会影响多通道测温方程组的封闭性, 又不会影响真温求解, 从而在无需测量数据归一化的条件下, 实现了无需空间位置标定的辐射测温, 该方法仅需要标定仪器的绝对光谱响应或相对光谱响应, 但不能解得发射率。 以两个特例分别对多波长测温方法和多谱段测温方法的求解特性进行了研究。 结果表明: 对于任意的测量矢量, 有效波长不相同的多波长测温唯一解是存在的； 而多谱段测温时, 存在无解区域, 双解直线, 甚至可能存在三解直线。