激光拉曼水温测量技术可快速测量大面积水域不同深度海水的温度,具有传统接触式测量和微波遥感等测量技术不可比拟的优势,对气候监测、军事等领域具有重要意义。但现有激光拉曼水温测量系统存在系统结构复杂,测量速度慢,造价高等缺点。随着探测范围向深海和深空原位探测以及实时安检等众多领域转移,开发一种低成本、小型化、强探测能力的拉曼水温测量系统变得越来越有意义。针对上述问题,本课题利用研究所自主研制的便携式拉曼光谱仪研制了色散型小型化拉曼光谱水温测量系统,进行了原位水温测量实验研究;然后依据该系统测量的拉曼光谱分析结果,确定了分光型拉曼水温测量系统的设计方案,并完成了软硬件系统研制,进行了初步的较远距离水温测量实验研究,并与色散型小型化拉曼测温系统进行了对比分析。主要研究内容如下:首先,研究了拉曼光谱水温测量的基本原理,分析了拉曼光谱的数据处理方法和光谱特征与水温的建模方法。在此基础上,利用研究所自主研制的基于CMOS的便携式拉曼光谱仪搭建了色散型小型化拉曼水温测量系统,开发了基于Lab VIEW的光谱实时采集和数据处理系统,采用时空累加、背景扣除、归一化、波数校准等预处理方法有效提高了探测灵敏度和信噪比。其次,利用色散型小型化拉曼光谱水温测量系统测量了不同温度水的拉曼光谱,利用Origin提取拉曼光谱特征,进行光谱特征-水温建模,对比分析了双波长强度比法与面积比法两种建模方法的测量精度,确定了实时水温反演模块的参数。在进一步的水温实时测量过程中,发现该系统测量的拉曼光谱存在横向漂移问题,导致不同时间的测温结果出现整体漂移。针对这一问题,提出了一种阈值截取面积比法,通过实验研究证明了这一方法的有效性,实现了原位水温的非接触实时高精度测量。最后,根据前述测量的拉曼光谱数据研究了其温度敏感波段的中心位置及范围对测量精度的影响,确定了分光型拉曼水温测量系统的高低频段窄带滤光片的参数,采用高灵敏度光电倍增管研制了分光型拉曼水温测量系统,研发了信号实时处理及温度反演软件,确定了水温反演算法,并对较远距离处水温进行了实时测量,并与色散型小型化拉曼水温测量系统在测量方式、测量速度、测量距离、测量精度方面进行了对比分析。