霍尔推力器在轨运行时会在航天器周围形成人工的羽流等离子体环境,导致航天器在电、磁、热等方面发生改变,影响航天器正常稳定工作。因此,通过地面试验和理论分析等技术手段,深入研究推力器羽流特性,对在轨飞行霍尔推力器羽流效应进行评估具有重要的理论意义和应用价值。针对目前常用羽流诊断方法在轨应用的局限性,本文提出了一种羽流图像诊断方法,对霍尔推力器羽流特性进行了实验研究。首先,针对霍尔推力器羽流区等离子体的发光机理及发射光谱分布特性进行了理论分析,实验测量羽流原子和离子特征谱线光谱强度随放电参数的变化规律。研究结果显示,放电电压、质量流量和励磁电流是羽流光强变化的主要影响因素。基于等离子体碰撞辐射模型,建立了羽流光强与等离子体电子温度、粒子密度的对应关系,在此基础上,研究了在不同放电参数下推力器羽流区电子温度的轴向分布变化,电子温度计算结果与羽流光强的变化规律一致,验证了羽流碰撞辐射模型的合理性和可靠性,为后续的研究工作提供理论依据。其次,从羽流图像成像原理入手,推导分析了羽流图像信息与光强之间对应关系,结合羽流碰撞辐射模型,建立了基于图像法的羽流特性诊断计算模型。根据羽流光辐射分布特性,定义了羽流光辐射发散度的概念,提出了一种从光学角度评估羽流发散程度的图像诊断方法。通过对比实验研究和理论分析,揭示了图像RGB模型的数字滤光作用,验证了羽流图像诊断模型的可靠性。第三,基于本文提出的羽流图像诊断计算模型,实验研究了霍尔推力器羽流等离子体参数的空间分布。研究结果表明,羽流电子温度、离子密度及原子密度都随着轴向距离的增大而逐渐降低,在径向上呈外凸形对称分布,羽流等离子体各参数分布集中在环型放电通道出口附近,测量计算的结果在数值和空间分布规律上,与现有文献及理论分析吻合。研究了放电参数对羽流等离子体参数的影响,通过分析霍尔推力器的羽流特性与推力器放电电流等性能参数之间的关系,一方面说明了推力器羽流特性的变化可间接的反映其性能的变化,另一方面进一步验证了计算模型的可靠性。研究了推力器的羽流光辐射发散度特性,测量计算结果表明当放电电压增大或者质量流量降低时,羽流发散程度呈现降低趋势,其变化规律与传统的羽流发散角测量结果一致,说明了羽流光辐射发散度能够有效评估羽流发散程度。最后,研究了羽流图像诊断方法的适应性和不确定度。通过不同放电通道结构的霍尔推力器羽流等离子体参数图像法测量,分析了该诊断方法在不同羽流区和不同放电通道结构的霍尔推力器的适应性。通过对相机拍摄参数、拍摄位置等图像测量因素和图像计算模型所引起的误差分析,研究了羽流图像诊断方法的不确定度,给出了图像法测量的适用条件和范围。