飞行器在高速飞行过程中,由于飞行速度达到5马赫,周围空气会与光学头罩发生严重摩擦,引起光学窗口外表面温度升高,产生激波层和边界层等,在目标与光学成像设备之间产生不规则的梯度折射率场,即产生了气动光学效应。气动光学效应会导致系统成像存在光程差,进而造成波像差,产生偏移、抖动、模糊,导引头内的光学成像系统将接收到受影响的目标图像,降低对目标识别、追踪能力。因此对超高音速飞行器气动光学效应的研究在制导方面具有重大意义。本文首先分析了大气气动光学效应的研究历史,尤其是对近些年来气动光学效应研究取得的成就和发展趋势进行了详尽分析。阐述了本文研究主要内容为对飞行速度为5马赫的超高音速飞行器在不同飞行条件平稳飞行时,周围流体分布情况及对成像影响。其次,通过对流体力学进行研究,利用网格建模软件建立了飞行器二维网格模型,本文采用了一种非均匀分布的模型网格对飞行器周围的网格流场进行采样划分。利用动态流体力学有限元分析软件,设定飞行器飞行参数,如飞行攻角和不同环境参数变量,确定边界条件,求解器,求解方法和求解方程,研究了边界层和激波的气动光学效应;调整飞行器飞行攻角与飞行环境参数变量,对结果进行比较分析得出不同参数对飞行器周围流场的影响。再次,本文对光线在流场中传播方式进行了研究分析,结合光线追迹法和物理光学法,通过研究传统的光线追迹法使用了一种固定步长光线追迹法,能够在不影响计算精确度的情况下简化建模难度。最后,本文对所得数据进行了分析得出结果,将仿真结果与理论进行比较,并对结果进行了理论上的解释。综上,本文所研究的主要内容为通过Fluent生成光学窗口周围区域的空气密度离散分布,使用MATLAB读取得到的数据建立折射率的离散分布,并模拟无限远处点源的入射光线,通过固定步长的光线追迹法得到在光学窗口面上波像差分布,并做傅立叶变换得到相面的复振幅分布,进而分析像质评价函数并获得结论。