发光二极管（LED）照明具有发光效率高、方向性好、体积小、颜色多变、安全环保等优点，在装饰性照明和功能性照明领域得到了广泛的应用，LED照明引领了第四代照明技术的突破。对于LED照明而言，光效、色温、配光、显色指数和散热是其最重要的几个研究方向，本论文主要解决了LED照明的色温匹配和二次配光的问题。本论文中，基于色度学原理，利用格拉斯曼混光原理，通过理论计算，确定了三基色LED照明的色温匹配公式，建立了色温坐标（x，y）和三原色亮度系数的关系。然后由MATLAB仿真软件进行数值运算，计算出匹配不同色温时需要的三原色亮度系数，并通过改变三基色LED的亮度，利用积分球进行实验测试。最后，本文通过改变变量，实验测试了不同色温的白光以及各种彩色光的颜色混合情况。本论文中，基于非成像光学原理，通过对光线进行追踪，利用斯涅尔（SNELL）定律和能量守恒定律，逆向建立了LED照明的自由曲面。即根据目标平面的照明分布情况，建立入射光线、反射光线（折射光线）及法向量的位置关系，从而构造基于微分方程的光学自由曲面。最后通过MATLAB仿真软件进行数值求解，该结果对LED照明的二次配光具有指导性的意义。此外，本文还利用LIGHTTOOLS照明设计软件，基于配光算法的数值解，通过不断调整光学自由曲面的参数，建立了旋转对称和非旋转对称等具有不同照明效果的自由曲面，通过光栅图和极坐标照明分布图验证了自由曲面的正确性。最后利用照度计对圆形均匀照明、矩形均匀照明和蝙蝠型配光这几种典型的LED照明灯具进行测试，通过分析等照度曲线分布图，验证了算法的可靠性。