本发明提供了一种高超声速飞行器辐射探测与识别系统和方法，本发明通过对高超声速非平衡流动与辐射方程对流场信息和辐射信息进行耦合求解，将高超声速非平衡流动与辐射方程计算得到的中间流场信息和中间辐射信息重新导入高超声速非平衡流动与辐射方程中进行迭代循环计算，直到中间流场信息满足收敛条件，从而实现了对高超声速飞行器的辐射光谱信息更高的探测精度，在实践中，本发明为高超声速飞行器的轨迹预测系统提供了探测和识别的物理模型，光学探测设备基于该物理模型对探测到高超声速飞行器进行分析，以预测其飞行轨迹。