固体火箭发动机是未来空天一体作战的战略需求,如何避免不稳定燃烧中火焰温度振荡对发动机部件的破坏与烧蚀是固体火箭发动机研制技术中的难点。传统对火焰温度场的反演方式存在有算不快、算不全的难题,为了深入研究不稳定燃烧的本质以及燃烧温度振荡特性的影响因素、机理。本文提出了一种基于棱镜分光的单视线方法作为燃烧火焰三维温度场层析测量的有效手段,并对此方法开展了系统的理论与实验研究,其非接触测量的优势在不稳定燃烧诊断领域具有潜在的应用价值。本论文的主要工作是对基于普朗克辐射定律的辐射测温技术进行了理论推导与实验验证、对光学层析成像基本原理进行了介绍与实验验证、设计并搭建了分光成像层析实验系统、对蜡烛火焰进行了三维温度场层析测试,本文针对以下三个方面内容进行了研究:首先介绍了基于普朗克黑体辐射定律的光谱辐射测温技术的基本原理与方法,对光谱仪进行了黑体辐射标定,拟合反演温度所用波长的光谱仪灰度值与辐射强度值的对应关系,进而对蜡烛火焰的发射率与动态温度进行了测试,采用接触式测温法热电偶对测试结果进行了验证,最大绝对误差为47.9K,最大相对误差为3.97%,测试结果证明了辐射测温算法的准确性。其次,对光学成像的数学模型、点扩散函数基本类型与标定方法、光学层析成像技术的基础理论与概念进行了介绍。利用透明的文字图像对层析成像技术进行了实验验证,标定了文字所在平面的点扩散函数,利用图像层析的反卷积算法对各个截面的原始光强分布进行了重建,证明了图像层析算法的可行性。最后,设计并搭建了分光成像层析实验系统,对实验系统各部分组成及其功能进行了介绍,对实验系统进行了光路对准标定,利用图像清晰度评价函数确定了火焰断层位置后,使用刃边法对其点扩散函数进行了标定,通过黑体炉辐射标定确定了系统4台相机R、G分量灰度值与辐射强度的拟合关系。在此基础上对火焰四个断面的发射率进行了测量,对其原始光强与温度进行重建,重建图像外形符合火焰截面蜡烛外形,反演温度值与热电偶测量数值具有较好的一致性,最大绝对误差为60.0K,最大相对误差为5.48%。实验结果证明了基于分光成像的燃烧火焰三维温度场层析测量方法的可行性。