高超声速航空器热防护材料多为具有质量轻、硬度高和耐高温等材料特性的非金属复合材料。但在热防护材料制备或服役的过程中会因各种原因产生不同种类的损伤从而导致航空器飞行过程中存在安全隐患。针对具有较大检测面积的非金属复合热防护材料缺陷的无损检测问题,开展了基于同面电容检测原理的复合材料缺陷移动扫查检测与成像研究。本文主要的研究内容如下:首先,分析了同面电容成像技术的检测原理,在此基础上研究了同面电容成像的数学模型及其正逆问题,分析了常见的图像重建算法。构建了同面电容传感器的仿真模型并探究了电极结构参数对传感器性能指标的影响。其次,对比分析了常见电容测量电路的电路性能,在此基础上针对同面电容数据数值微小、变化范围大且易受寄生干扰等问题设计并实现了基于电容测量芯片的同面电容采集系统。电容测量与缺陷模拟实验结果表明,设计的电容采集系统可实现飞法至皮法级别电容值的测量且该电容数据可用于待测物缺陷的可视化表征。最后,针对同面3×4阵列电容传感器静态检测存在检测盲区的问题,研究了一种基于同面单对电极电容传感器的移动扫查检测与成像方法。研究了同面单对电极电容传感器移动检测的敏感场分布,在此基础上选取了合适移动扫查步长并设计了移动检测方案,通过仿真验证了该检测方法对待测区域无盲区检测的可行性。针对同面单对电极电容传感器电极边长配比、电极尺寸及电极形状对等结构参数进行了设计优化,进一步改善了重建图像质量。缺陷仿真实验结果表明,该方法可实现对不同尺寸待测区内不同类型缺陷的可视化表征并可获得较高质量的重建图像。