冲击物理温度是**弹药性能测试、 极端环境材料状态的重要参量, 温度的精准获取在**建设和工业制造领域有重要意义。 冲击过程由于持续时间短、 较难接触式测量以及温度范围广等特性, 常规测温方法较难满足要求。 利用多光谱辐射测温法, 获取材料辐射强度值, 以普朗克辐射定律为基础建立温度反演模型, 从而获取目标的冲击物理温度值。 实际中, 由于不同目标发射率存在一定随机性, 在模型反演温度时误差较大。 冲击压缩下材料的结构可能发生相变, 发射率随之变化, 因此直接将发射率模型假定用于冲击物理温度求解, 很难准确的获取温度值。 基于约束优化理论, 将多光谱测温实验中温度求解问题转为约束优化问题。 针对每个通道获取到的温度值应该相同, 将物体发射率限制在特定范围, 利用约束优化算法计算获取目标温度和发射率, 克服了未知发射率对于冲击物理温度求解的障碍。 同时, 将平衡优化器算法（EO）与序列二次规划法（SQP）相结合应用于温度模型的求解中, 避免了单一算法求解稳定性差和速度慢的缺点, 提高了温度反演的效率和准确性。 对四种常见的发射率模型在3 000 K时的发射率数据进行了仿真验证, 结果表明温度反演误差均小于1%, 反演时间小于3 s。 最后利用本算法对冲击压缩下金属铜的温度进行了反演, 并与最小二乘法和内点罚函数法进行了对比, 结果表明所提出的方法得到金属铜的冲击物理温度值更接近理论计算结果。 因此, 该方法为其他未知发射率模型目标的冲击物理温度值获取, 提供了一种有效的反演方法。

多光谱辐射测温技术获取真实温度时, 目标发射率信息是温度求解的关键。 一般解决的方法是基于发射率与波长或温度之间的函数关系建立发射率假设模型。 然而, 当假设模型与实际情况存在偏差时, 会造成较大的温度测量误差。 因此, 消除目标未知发射率的干扰, 减少对发射率模型的依赖, 增加测温算法的通用性, 是多光谱辐射测温技术亟需解决的难题。 提出了改进的粒子群与遗传混合优化算法（HPSOGA）, 算法的核心思想是将多波长辐射测温问题转化为约束优化问题。 首先根据约束条件所设置的范围, 在可行域内生成若干个群, 每个种群对应一组满足条件的光谱发射率, 然后通过HPSOGA算法不断地进化、 迭代操作, 最终寻得最优适应度值的对应解。 该算法实现了在不需要假设发射率模型的情况下, 同时反演出目标的光谱发射率和真实温度。 通过对六种典型的发射率模型进行仿真, 验证了新算法对不同分布趋势的光谱发射率反演的适应性。 结果表明, 在真温800和900 K的情况下, 反演温度的平均相对误差小于0.73%。 最后, 将该算法应用于火箭发动机羽焰温度测量数据的处理。 结果表明, 当设计温度为2 490 K时, 反演温度的相对误差均小于0.65%。 仿真与实验均表明, 新算法可求解出满足一定精度要求的发射率和真温。 因此, 提出的HPSOGA算法是可靠的、 有效的, 为多光谱辐射测温技术测量目标真实温度提供了一种新的思路。

多光谱辐射测温在高温测量领域应用广泛。 但是, 未知的光谱发射率是多光谱辐射测温反演过程的最大困难。 目前, 解决方法多采用假设发射率模型法, 二次测量法等, 此类方法反演精度取决于假设的发射率模型和实际发射率是否相符, 多数情况下反演结果误差较大。 基于约束优化的多光谱辐射温度数据处理算法解决了未知发射率的难题, 但受迭代算法的复杂性和初值难以确定的影响, 反演精度和效率不高。 为此, 提出广义逆-坐标轮换算法解决约束优化算法中的反演效率问题。 由于广义逆法需对发射率范围进行约束, 坐标轮换法需设定合适的发射率初值, 考虑两种算法各自的优势与不足, 可对两种算法进行结合。 将广义逆法求得的最小范数解作为约束优化算法中迭代搜索的初始点, 进一步提高了算法对不同材料发射率的适应度。 为验证算法是否能在无需考虑发射率模型的前提下寻找符合待测目标的发射率和真温, 选取六种不同发射率类型的目标材料进行仿真实验。 针对六种典型材料的仿真结果表明, 新方法在真温1 800 K的情况下, 绝对误差和相对误差均小于5.0%, 与梯度投影法相比运算效率平均提高了202倍。 表明该算法具有无需考虑发射率模型、 反演精度高, 速度快, 适合于各类材料等优点, 解决了约束优化算法中初值选择不确定的问题, 为在线实时高温测量中的数据处理提供了解决方案。

火焰燃烧参数能直接反映火焰燃烧状态, 并对燃烧过程进行诊断、 预测和优化。 火焰温度及辐射率是燃烧状态的重要表征参数, 火焰温度及辐射率的准确测量对于建立燃烧模型、 优化燃烧过程和控制污染物排放有着非常重要的意义。 随着数字图像技术与光谱学的发展, 多光谱成像技术逐步应用于火焰燃烧温度及辐射率测量。 针对光谱仪空间分辨率低和RGB彩色相机光谱分辨率低的问题, 多光谱成像技术能获得兼顾空间分辨率及光谱分辨率的火焰光谱图像, 实现火焰温度及辐射率分布测量, 具有高时空分辨率、 响应快速及测温范围宽等优点。 因此, 提出了基于多光谱成像技术的火焰温度及辐射率测量方法, 搭建标准高温黑体辐射实验测量系统, 对多光谱相机665～960 nm波段开展高温黑体辐射响应系数标定实验, 获得多光谱相机25波段光谱响应标定系数, 通过四阶多项式拟合建立多光谱相机各波段下仪器响应值与理论辐射强度之间的关系, 并开展多光谱成像技术测量验证实验, 结果显示温度与辐射率测量的相对偏差分别小于1%与4%。 在此基础上, 以蜡烛火焰为研究对象, 建立了火焰多光谱成像测量系统, 获得了蜡烛火焰多光谱辐射图像, 基于普朗克辐射定律参数拟合方法, 实现了蜡烛火焰温度与辐射率分布测量。 测量结果表明： 火焰竖直平面上火焰中心区温度及辐射率均高于火焰上部和底部; 蜡烛火焰温度测量结果范围约为1 350～2 050 K, 火焰中心区最高温度约为2 050 K; 蜡烛火焰辐射率测量结果范围约为0.04～0.36, 火焰中心区最高辐射率为0.36。 测量结果与蜡烛火焰燃烧过程及辐射特性分布规律一致。

高速动车组列车空调系统为乘员提供舒适乘车环境的同时也消耗了大量的能源，侧窗玻璃约占车身侧墙面积的30%，对列车空调系统的负荷影响很大。本文研究了列车静止和运动状态下侧窗玻璃的隔热性能，同时研究了玻璃组成和辐射率对侧窗玻璃隔热性能的影响。结果表明：列车静止状态下，随着玻璃辐射率从0.070增加到0.837，夹层中空玻璃的传热系数增加了105%，夹层-中空真空复合玻璃的传热系数增加了209%；列车高速运动状态下，夹层中空玻璃的传热系数增加了120%，夹层-中空真空复合玻璃的传热系数增加了228%。