红外仿真在军事、工农业生产、资源勘探等领域都有广泛应用,传统的红外仿真的计算量很大,需要预先求解不同时刻的温度场数据,在所有时刻的温度场求解完成后才可生成红外仿真结果。这种仿真方法中温度场的求解和红外仿真结果输出不具有实时性,不适用于运行工况需要经常变化且需要同步输出红外仿真结果的高速飞行目标问题。由于GPU具有出色的浮点运算能力,可以有效提高红外仿真的实时性,因此对基于GPU并行加速的实时红外仿真的研究具有重要的意义。本文针对典型高速飞行目标的实时红外仿真进行了研究,编写了三维非稳态温度场求解程序,对目标非稳态温度场进行模拟。然后将温度场求解的部分数值运算移植到GPU中,提高温度场求解的速度,达到实时仿真的目的。本文首先介绍了三维非稳态温度场求解的有限体积法,采用附加热源法对不同类型的边界条件进行推导,最终得到一个统一的边界条件处理方式。通过对比不同类型的边界条件下FLUENT计算结果和程序计算结果,验证了三维非稳态温度场求解程序的正确性。使用FLUENT计算出不同飞行高度和飞行速度下的绝热壁温和定壁温热流,将这些数据通过距离反比插值方法插值到目标蒙皮网格上,建立目标气动加热热流数据库,以此为基础建立目标气动加热参数化模型,以附加热流的形式加入非稳态温度场求解程序中,对目标沿指定轨迹飞行过程的非稳态温度场进行求解分析,并由已知的温度场求解出目标不同波长范围的辐射力分布。提出了一种基于GPU并行计算的三维非稳态温度场求解的CUDA实现方法,对该方法能实现的加速比进行分析,发现在网格数目较少的情况下,采用这种GPU并行算法不能起到加速效果,当网格数目增大时,加速比随网数目的增加而增加,说明对大网格数目的模型采用GPU并行运算加速效果较好。最后利用Open GL实时显示该典型高速飞行目标的蒙皮温度场图像。