传统流速测量实验技术包括压力皮托管和热线风速仪等侵入式测量技术，在进行超音速测量时侵入式测量会对流场产生显著影响。粒子图像测速（Particle Image Velocimetry, PIV）技术是一种基于激光成像的非侵入二维速度场测试技术，通过图像采集系统记录不同时刻的流场粒子图像，利用互相关算法获得速度场。在超声速流场中应用为保证流场跟随性，需要使用纳米级直径示踪粒子，存在分布不均跟随性差甚至影响反应流场化学反应路径的劣势。纹影成像测速（Schlieren Image Velocimetry, SIV）技术，是一种无示踪粒子的测量技术，以具有显著特征的运动结构作为“示踪粒子”，适用于存在流场相干结构的应用，如大尺度湍流相干结构和湍流边界层等。纹影成像测速技术基于纹影图像亮度的强度变化，亮度强度与流场密度梯度变化相对应；常规纹影光路为光线经过流场测试区域的沿程积分，平面成像获得的是三维流动结构的二维投影，不符合流体力学基本连续性假设，因此，有效的纹影成像测速需要基于二维纹影技术。综上，需要发展基于激光聚焦纹影的流场测速技术，一方面通过纳秒脉宽激光实现超声速流场冻结，另一方面通过聚焦纹影技术实现二维流动显示，并以此为基础发展光流算法，最终实现超声速流场的速度测量

激光聚焦纹影技术近年来获得了系列进展，然而推广应用需要解决光源均匀性和刀口栅制备两个主要难题。由此构成本文的主要创新贡献。针对聚焦纹影光源均匀性问题和刀口栅制备难题，本文提出使用积分球实现了均匀光源；使用光绘菲林技术实现了微米级刀口栅和光源栅的精密制作；搭建了聚焦纹影光路系统，具有光源均匀性好、切光效果精度高的优点。针对聚焦纹影光流算法，本文总结了前人工作，推导了适用聚焦纹影的投影运动光流方程，完善了纹影光流算法，并通过湍流盒初步验证了纹影光流算法的正确性。