航空航天飞行器结构通常在复杂恶劣的环境下服役,结构受到如疲劳载荷、外界冲击、高低温环境等作用的影响,易引起结构力学特性发生变化,从而导致结构的安全性和可靠性下降。飞行器结构在服役过程中的温度场、应变场的分布与响应特征,能够反映其健康状态。为此,本文提出研究基于光频域反射原理的高密度弱反射光纤光栅传感器的典型飞行器结构（如蒙皮、筒段以及热防护结构等）热-力学参量监测与场重构方法。主要研究工作包括以下几个方面:首先,提出毛细套管封装方法,用以实现针对高密度弱反射光栅光纤传感器温度测量时干扰应力的屏蔽,完成基于不同类型封装套管的高密度弱反射光纤光栅传感器温度敏感系数标定。验证了该传感器在无振动环境下呈现较好的测温精度,而在有振动环境下可以通过滤波方法排除振动干扰。通过等强度梁弯曲试验,得到该传感器对于拉、压应变的测量精度。其次,研究了基于粒子群优化克里金法的飞行器蒙皮应变场反演方法。建立了四边固支蒙皮结构有限元模型,数值仿真得到静载条件下蒙皮结构的应变场分布特性。提出了应变阈值与应变传递范围的概念,给出了横向和竖向两个方向上传感器布置密度评估方法。分别研究了粒子群优化克里金法、双调和样条法、分形插值法以及模态叠加法四种算法对应的应变反演效果,研究表明粒子群优化克里金算法重构具有更高的应变场反演精度。再次,开展了筒段结构应变场监测与载荷位置辨识技术研究。建立了筒段结构有限元模型,基于数值仿真结果验证了粒子群优化克里金算法对于动静态载荷作用下筒段结构壁面应变场重构效果。开发基于Lab VIEW图形化软件的应变场监测与动静载荷定位可视化监测系统。搭建筒段结构应变场监测试验平台,通过试验给出该应变场重构算法的重构精度和定位误差。最后,研究了热防护结构金属承载壁板温度场监测与模拟损伤定位方法。基于数值仿真结果,对比粒子群优化克里金法和双调和样条法的温度场重构效果以及传感器横向密度对温度场重构精度的影响。通过热仿真分析,得到健康和含损伤两种模式下热防护结构的温度分布特性。构建了热防护结构温度场监测系统,设计了局部模拟损伤与中心模拟损伤两种工况,开展了耐高温复合材料板/铝合金板胶接层温度场监测与反演。在此基础上,实现对模拟损伤的定位。