利用日照时数观测仪器记录日照时数是气象工作者分析气候的重要方式之一,随着对日照观测高精度、自动化需求的增加,光电式数字日照计成为近年来的研究热点。目前光电式日照计的性能检测通常在户外进行,受天气影响,完成检测时间较长,且极端天气条件难以复现,由此制约了光电式日照计的发展。本文以提高光电式数字日照计检测效率为目标,基于光电式日照计基本结构、工作原理、响应特性等开展了日照计室内检测系统的研究。根据太阳辐射仪器检定系统设计准则,完成了全天候室内太阳模拟器总体方案设计,并确定了系统中各组成部分的实现方法与主要技术指标。检测系统包括太阳直接辐射模拟单元、日地相对运动模拟单元及辐射环境模拟单元三部分。为获得均匀稳定的平行光辐射,结合聚光系统、光斑整形均束系统、光谱修正系统及准直系统的相关设计技术,完成了太阳直接辐射模拟单元光学系统总体设计,研究了基于数值分析与嵌套建模思想的的氙灯建模方法并验证了可行性,设计了椭球面聚光镜以提高氙灯的辐射利用率。采用LightTools对太阳直接辐射模拟单元进行仿真分析,结果表明,工作距离1000mm处,辐照面直径200mm内辐照不均匀度为±3.3%。为了实现太阳光线轨迹的模拟,设计了由平面反射镜、双滑块滑轨、高度角模拟模块、方位角模拟模块、光电编码器、L形支撑组成的日地相对运动模拟单元。文中对平面反射镜的镜面结构、散热结构与支撑进行具体设计,并采用ANSYS对平面镜进行了热分析,对L形支撑进行了静力学可靠性分析。基于气象数据构建长春地区逐日水平面太阳散射辐射模型,设计并搭建辐射环境模拟单元用以模拟散射辐射;配合太阳直接辐射模拟单元与日相对运动模拟单元,可以在室内模拟雾霾、阴雨天、雪天及晴天等不同天气状况下的全天候太阳辐射环境。最后,通过实验对全天候室内太阳模拟器性能进行了验证,实验结果表明全天候室内太阳模拟器工作可靠,满足技术指标要求。日照时数模拟误差小于7.7%,满足气象局所要求的光电式数字日照计检测精度需求。综上所述,本文研究的全天候室内太阳模拟器可在实验室环境下针对光电式日照计性能进行检测,解决了现行光电式日照计室外检定过程繁琐、极端天气重复性测试少、耗时长等问题,实现了光电式日照计高效率、高复现性的室内检定,对光电式日照计的推广具有重要意义,为实现日照时数自动化观测打下了坚实基础。