本论文基于气动光学理论，研究在流场试验中检测高速瞬态流场密度分布的方法与实现。可利用气动光学研究高速飞行体周围的流场对图像探测系统形成干扰，引起目标图像偏移、抖动、模糊等现象，此工作对高速飞行器实现光学成像精确探测、精密跟踪与瞄准技术发展具有十分重要和关键的作用。 具体分析了轴对称流场特性，在双光束干涉基础上，建立了光束传输波前与流场密度分布的数学模型。完成了检测流场密度分布外同步图像采集系统，实现了流场信息的实时检测。 详细比较各类传统的流场检测方法，分析了阴影法，纹影法，哈特曼传感器以及双光束干涉方法的优缺点与适用范围。为流场检测提出了新的检测方法——环形径向剪切干涉法，为流场的光学检测手段开拓了新的领域。 针对高速飞行器在远距离与近距离的特性，目标的探测需要长曝光与短曝光时间积分，选择了可工作在连续和脉冲两种模式的近红外激光器。为使近距离时减小湍流对成像的影响，以小于30ns脉宽，高重复频率的脉冲激光“冻结”流场。并选择了可外触发的高速CMOS数字相机和匹配的数字图像采集卡。建立了外同步干涉系统的图像采集方案。 设计并完成了一套精密的短时间数字延时电路，有效地匹配了脉冲激光的触发与CMOS数字相机的电子快门，确保CMOS相机可靠地采集到畸变波前的干涉图。该延时电路可实现0.1us或1us的时间分辨率，12位可编程控制延时。 完成了对快速流场长曝光与短曝光检测试验。在50λ的大畸变，1024*1024高像素，实现了450帧每秒的高速图像采集。分别捕获连续光的长曝光干涉图和脉冲光的短曝光干涉图，分析两种模式下湍流对光束传输的影响。 实验研究为国内风洞试验中的流场检测提供了一套结构紧凑，抗干扰能力强，具有高时间分辨与空间分辨能力的检测装置，其在国防军工及国民经济相关领域都具有广泛的应用前景。