随着航空航天复合材料结构的大型化、复杂化和任务模式多元化发展,其在服役期间将不可避免地受到多种复杂环境因素的影响,这势必会导致结构可靠性大幅下降。航空航天复合材料结构健康状态很大程度上与其所受热载荷响应特性密切相关,因此,本文基于光纤传感技术分别对典型航空航天复合材料结构的温度、热应变、热属性监测方法展开研究,为结构服役安全状态的评估提供依据。主要工作包括以下几个方面:首先,理论分析了光纤光栅传感器传感机理,并从数值仿真和实验不同角度研究了不同温度、应变下光纤光栅传感器的响应光谱特性,研究并验证了光纤光栅低温啁啾效应的形成机理。其次,提出了一种管式光纤光栅温度传感器的封装方法,并针对不同的使用工况,研究了打孔型管式封装光纤光栅温度传感器。在此基础上,探究了在不同封装形式下光纤光栅传感器的温度感知特性。再次,选取碳纤维圆筒结构、碳纤维实心杆结构为研究对象,构建了基于分布式光纤光栅传感网络的复合材料结构热应变测试系统,并分析了光纤光栅传感器与电阻应变片同时对结构进行热应变监测时的测试误差。接着,构建了碳纤维蜂窝夹芯结构热载荷测试系统,研究了高低温热载荷下植入试件不同铺层位置的光纤光栅传感器反射光谱响应特征;提出一种基于表贴式光纤光栅力学模型的复合材料板结构热膨胀系数计算方法,并通过数值仿真验证了方法的可行性。最后,构建了基于LabVIEW的光纤光栅硬件测试系统,提出了光纤光栅多参量监测系统软件的功能需求以及框架方案,设计并实现了光纤光栅多参量监测系统主程序,同时完成人机交互界面的设计。