电推进设备凭借其长寿命、高比冲等优势在空间推进任务中得到了广泛的应用。由于氙气具有电离能较低,化学性质温和的特点,目前是电推进装置中使用的主流工质。随着国家加大在空间科学任务的投资以及商业航天产业的蓬勃发展,大量新原理、新构型的电推进装置开始涌现;同时随着大型通信卫星平台步入全电推进时代,对现有的霍尔、离子等推力器的性能和寿命也提出了更高的要求。碰撞辐射模型描述了等离子体中激发态粒子的动力学机理,可被用于电推进等离子体中粒子的产生损失机制的分析;同时该模型将等离子体特征参数和等离子体的发射光谱间建立了联系,可被用于电推进等离子体特征参数的诊断。然而由于氙离子电子碰撞截面和辐射过程基础数据的缺失,目前的氙碰撞辐射模型主要着眼于原子激发态的建模和分析,对于在电推进装置中起到重要作用的离子激发态的建模研究是空白状态。本文使用国际上近年来发展的全相对论R矩阵方法,对氙一价离子碰撞辐射过程进行了研究,计算了氙离子的电子碰撞过程和辐射跃迁过程的关键基础数据,总结了碰撞截面随激发态价电子特性的变化规律。并开展了辐射过程分支比测量实验,验证了数据计算结果。针对电推进等离子体的特点,分析了其中的主要物理过程,在前面工作计算的关键基础数据的基础上,建立了氙原子和氙离子的碰撞辐射模型。分析了氙原子和氙离子激发态、亚稳态的产生损失机制。从碰撞辐射模型和实验出发,对不同参数的氙等离子体中原子和离子激发态的密度分布特性进行了研究,并通过对比激发态密度分布的模型预测值和实验测量值对模型进行了验证。基于氙原子和离子的综合碰撞辐射模型,对电子温度密度场的高光谱成像诊断技术进行了原理研究,从误差传递和谱线特性的角度确定了诊断中选择谱线的准则。并对较强电、磁场作用下的等离子体中电子能量分布发射光谱诊断方法进行了原理研究。本文建立的物理模型不仅能推动氙工质电推进设备发射光谱诊断技术的发展,还适用于物理条件相近的其他氙等离子体的分析诊断工作,促进空间等离子体、工业等离子体等其他等离子体物理领域的研究。