临近空间高超声速飞行器是近年来各经济、军事强国大力发展的先进飞行器。这类高超声速飞行器外形复杂，且在临近空间内长时间机动飞行，这就需要采用微烧蚀或非烧蚀材料保证飞行器外形基本不变。临近空间高超声速飞行器保形的要求对热防护设计提出了很高的要求，也对飞行器热环境预测精度提出了很高的要求。地面风洞热环境测量试验是获得高超声速飞行器表面热环境的一个重要途径，提高地面测热试验数据精度对防热结构设计、确保飞行安全是十分重要的。目前在热环境测量试验中还存在一些问题，在影响测热精度的诸多因素中，现有的数据处理过程和方法还需要进行深入的研究。研究测热传感器的测热/传热机理，选择合理的数学/物理模型，建立将测量敏感量转化为热流信息的数据处理方法，研究数据处理方法和传热模型对热流测量的影响规律，分析并修正测热试验中存在的误差，以上这些工作可以有效的提高热流测量精度。但目前国内外在这方面开展的工作较少，特别是对同轴热电偶热流传感器的传热模型选择和数据处理方法尚未形成一套完整的分析体系，对传感器安装后对局部区域流场和热流分布规律的影响也未深入研究。此外，国内在测热试验的不确定估计方面还处于刚刚起步的状态。为了提高热流测量精度，本文采用理论分析、计算模拟和试验验证相结合的手段，对传感器测热机理、数据处理方法、误差成因与修正等方面开展了系统的研究，发展了适用于不同测热传感器的数据处理和修正方法，取得了一系列有价值的成果：（1）选择了合理的传感器传热数学模型，建立了相应的由传感器测量敏感量获得热流值的热传导反问题计算方法，并对计算方法进行了考核和分析，为提高地面试验热流测量数据的精度奠定了理论基础。具体为：①采用不同的热传导计算方法分析了薄膜电阻温度计、同轴热电偶的传热特性，获得了这两种传感器的传热简化模型和简化误差，分析了大面积测热试验中采用一维反问题数据处理方法对测热对象的要求。②建立了针对不同传感器的一维/轴对称热传导反问题计算方法，分析了反问题算法的稳定性，并将基于反问题的数据处理方法应用于薄膜电阻温度计和同轴热电偶传感器中。（2）针对典型热流传感器的数据处理方法，制订了验证试验方案，采用气动热数值计算和工程计算方法计算了试验条件下的模型表面热流分布，与验证试验的数据处理结果进行了对比分析，验证了数据处理方法的有效性。①制订了对数据处理方法的验证试验方案，在激波风洞中开展了不同来流条件下不同球头和某型飞行器表面的热环境测量试验，选用的测热方法有薄膜电阻温度计、同轴热电偶和红外测热方法；②采用有限长单位冲击响应滤波器（FIR）对数据采集结果进行了噪声过滤，有利于提高辨识结果的精度和辨识效率。③针对不同的传感器，采用相应数据处理方法获得了不同试验条件下，不同球头驻点处的热流值；④采用气动热数值计算方法和工程计算方法计算了试验条件下不同球头表面的热流分布情况，并与数据处理结果进行了对比。（3）详细分析了传感器的数学/物理模型和数据处理方法对热流值的影响规律，定量地分析研究了处理热流值和实际热流值的差异及其机理；归纳分析了影响热流测量精度的误差源，建立了测热数据不确定度的估计方法；对传感器制作和测热试验方法提出了建议。①详细分析了传感器安装后驻点区曲率变化后流场变化和热流变化，并根据不同传感器的类型和敏感元件的组成情况，研究给出了修正方法和修正系数；研究了传感器表面温升与热流之间的相互影响关系，给出了修正公式；对原始数据处理结果进行了修正。②研究了来流流场的微小变化对热流的影响，分析了传感器组成尺寸、人为读数、传感器重复使用等随机因素对热流测量的影响，并结合随机误差分析理论给出了不确定度的评定方法，计算得到了验证试验中热流测量的不确定度。③给出了对传感器制作和测热试验方法的改进建议。（4）将本文发展的数据处理方法应用于高超声速飞行器的热流测量试验当中，并建立了针对薄膜电阻温度计和同轴热电偶两种热流传感器的数据处理软件，考虑了诸多影响因素，为进一步提高测热试验效率奠定了基础。本文的研究涉及测热试验的多个方面，针对不同的测热方式建立了新的数据处理方法，首次计算并分析了试验模型变化后局部流场和热流的变化机理，定量地获得了影响规律，对提高热流测量精度提出了一套新的研究方法。通过本文的工作获得的数据处理方法、影响规律修正方法、误差分析和不确定度建立方法以及测热数据后处理软件系统，对于进一步改善热流测量精度、提高热流测量效率有着重要价值。