日照时数是区域化评价太阳辐射强度的最重要特征因素,日照时数测量在气候研究、资源管理、交通规划和建筑工程等领域具有应用价值。然而由于现有日照时数测量装置存在太阳辐射测量时空差异性高、菲涅尔效应明显、传统跟踪装置误差和光谱失配误差大等问题,导致难以实现全球任意位置的日照时数精准测量。为此,本文开展了基于热释电传感器的日照时数测量系统研究,构建日照时数测量系统总体架构,研究全球范围内太阳直射角变化规律,优化设计日照时数测量光学系统,探索日照时数阈值校正方法,以实现无需传统跟踪装置的日照时数测量。本文的研究为太阳辐射测量提供一种新的技术手段与实现方法,对太阳辐射探测业务的提升具有意义。基于非成像光学原理与热释电传感技术,构建一种由自由曲面反射镜、消杂光光阑、极轴跟踪装置以及热释电传感器组成的日照时数测量系统总体架构取代了传统双轴跟踪方式,扩大了光谱响应范围,实现了全球范围内的日照时数测量。研究地球任意地理位置与太阳直接辐射入射角间的变化规律,建立了自由曲面反射镜初始结构模型,提出了一种基于进化策略的自由曲面反射镜优化方法,以时空尺度下辐照度均匀性为设计依据,经多次迭代优化,所设计的自由曲面反射镜实测时空尺度下辐照度均匀性优于90.35%,解决了极轴式日照时数测量装置受纬度限制的难题,有效消除了太阳直接辐射测量的时空差异性。为降低菲涅尔效应引入日照时数测量系统的阈值误差,分析了不同入射角下日照时数测量的菲涅尔效应,基于由总体到局部的校正思想,提出了一种二次校正日照时数阈值的方法,提高了日照时数测量的阈值精度,校正后与校正前相比,日照时数测量系统的最大阈值误差由±14.43%降为±1.64%。搭建了实验装置,对日照时数测量系统的阈值误差和日照时数测量误差进行了测试,实验结果表明,日照时数测量系统的阈值最大误差为2.06%,日照时数测量的最大相对误差为4.92%。