环境污染尤其是大气环境污染的日趋严重引起了世界各国的高度关注，作为大气污染气体的主要来源之一工业固定污染源的烟气排放已成为监测和控制的重点。以差分吸收光谱技术为代表的新兴气体在线监测技术，由于其具有真正意义上的非侵入式、实时、连续在线监测等特点，正在成为固定污染源烟气排放实时在线监测的理想工具。本文从理论和实验两方面对将差分吸收光谱技术应用于工业固定污染源烟气排放在线监测中的几个关键问题进行了深入的研究和探索。 烟气中的烟尘颗粒物光散射对DOAS方法影响的数值模拟和实验研究结果表明：烟尘颗粒物的散射光强与颗粒粒径分布、颗粒浓度有关，对不同的颗粒粒径分布，气体的吸收度及差分吸收度均随烟尘颗粒物浓度和粒径的增加而增加，但其曲线的波峰和波谷处增幅不同，曲线形状发生畸变；在颗粒物浓度及颗粒粒径分布一定的条件下，气体浓度较高或较低时，气体浓度反演误差均较大。在高尘环境下，因差分吸收度曲线的频率特性发生变化，仅采用多项式滤波已无法消除颗粒物光散射对气体差分吸收的影响，为此，本文提出了采用多项式结合小波变换消除颗粒物Mie散射影响的方法。数值模拟和实验研究结果表明，在高尘环境下，采用多项式结合小波变换滤波可有效地消除颗粒物Mie散射对DOAS方法的影响，滤波后的气体差分吸收度曲线与无颗粒物时的差分吸收度曲线吻合较好，具有较高的浓度反演精度。 对烟道中低浓度污染气体测量，由于光程短以及其它干扰因素的影响，接收光谱的信噪比很低，采用传统DOAS算法存在较大的浓度反演误差。为此，本文提出了一种改进DOAS算法。对各种实测光谱数据的反演结果表明：改进DOAS算法对短光程、低浓度气体的浓度反演具有较高的反演精度和良好的抗粉尘干扰能力，其零点误差较传统算法减小了95％以上。 对流动状态下NO2气体在30～390℃温度范围内的吸收光谱特性研究表明：在30～150℃温度范围内，差分吸收截面随温度的升高呈现跳跃性变化，但其谱线形状不变；在150～270℃温度之间，温度升高使得差分光谱峰值减小、谷值增大，谱线的自蚀效应加剧，谱线半宽增加；当温度高于270℃后，差分吸收谱线的精细结构发生明显变化，峰谷数目增多。 在分析现有温度补偿方法的基础上，本文提出了一种新的温度补偿方法：即将20℃时烟气中污染气体的分子数密度与不同温度下污染气体的分子数密度之比与温度的对应关系拟合出温度补偿函数，在90～150℃温度范围内，利用该补偿函数分别对差分吸收截面、吸收度以及浓度反演结果进行补偿的实验研究结果表明，不论对哪一个参数进行补偿，都可以显著提高气体浓度的反演精度，并且该补偿方法具有很好的重复性。 气体的非线性吸收对采用DOAS方法监测气体浓度有较大影响，本文提出了一种新的非线性补偿方法：即将实际浓度所对应的气体分压与反演结果所对应的气体分压之比与反演结果之间的对应关系拟合成补偿函数，利用该补偿函数对反演结果进行非线性补偿。实验结果表明，该补偿方法可以很好地补偿气体非线性吸收的影响，具有较高的气体浓度反演精度和较好的重复性。 本文还给出了同时补偿温度和非线性影响的函数式，对14914mg/m3的SO2气体在70～170℃温度范围内的实验研究结果表明，该补偿函数能很好的补偿温度及非线性的影响，具有较高的气体浓度反演精度。 在分析现有DOAS技术应用于CEMS的基础上，提出了一种新的固定污染源烟气在线监测系统，对其中的光学系统、机械系统、软件架构及实现、校准系统进行了具体设计和详细的设计说明。