随着新军事技术变革的到来，各种无人驾驶精确制导的飞行器对信息获取的精确性和时效性的依赖程度大幅度地提高，采用光学成像探测跟踪制导和追求高速飞行，已成为当代各种精确制导武器的必然发展趋势。随着这两项技术的广泛应用，气动光学问题也应运而生。飞行器速度越高，采用光学成像探测制导系统的精确制导武器气动光学效应越严重，并严重影响到探测的精度。气动光学问题已经成为这两种技术同时应用的瓶颈，该领域的研究进展将直接影响高速飞行器光学探测系统的精确性，影响新一代精确打击武器的发展。气动光学效应包括：气动热效应、气动热辐射效应和气动光学传输效应。前两种效应降低了导引头对目标的探测的信噪比；后一种效应降低了导引头对目标的探测、跟踪和识别的能力。 气动光学所处的工作条件相当苛刻，除了超音速气流的要求外，往往还涉及高温、高压、强光辐射、有毒和强腐蚀等复杂环境，试验成本相当高，因而数值模拟已经成为气动光学理论研究的一个重要手段和工具。本研究就是针对气动光学传输效应的基础性问题：流场介质折射率变化是影响光学传输最直接的因素，即针对光线穿过高速湍流流场作定性分析和定量计算而开展的气动光学传输效应计算机仿真研究工作。 本文在概述了气动光学效应的全貌基础上，研究了国内外气动光学效应及计算机仿真的历史与现状。在描述气动光学传输效应光学理论之后，分析了气动光学传输效应定量研究方法，结合现有的高速湍流流场数据，结合了基于随机相位屏的相位屏思想与基于湍流结构研究的分界面厚度方法，研究了分界面厚度方法在气动光学传输效应计算机仿真中的作用，并实现了一个高速流场气动光学传输效应的计算机仿真软件。 在课题小组的研究的基础上，着重进行了如下的研究： 1．气动光学传输效应的定量研究方法气动光学的定量研究是成功运用计算机进行仿真的关键，方法的选择对于仿真结果有着重要的影响。因此本文从工程应用角度研究了气动光学传输效应的定量研究方法，即传统的实验方法、统计方法和近些年兴起的随机相位屏法、湍流结构研究方法。并利用随机相位屏方法实现了大气湍流的仿真计算，为后续的气动光学仿真打下了基础。 2．分析了现有的高速湍流流场数据分析现有CFD (计算流体力学)流场数据，对于感性理解流场特征，合理正确采用仿真方法有着一定的指导意义。本文分别从概率、统计、分布函数、图像重现等多角度分析了、比较了流场数据。 3．利用分界面厚度方法进行了气动光学失真波前仿真详细介绍了基于湍流结构研究的分界面厚度模型，并通过 eikonal 方程推导了分界面厚度方法。结合随机相位屏法和折射率分界面方法针对特定速度，高度的流场进行了气动光学失真波前的仿真，分析了结果。 4．软件的设计与实现详细介绍了高速流场气动光学传输效应计算机仿真软件的设计与实现。 本文中的仿真研究表明：高速湍流中高梯度分界面产生大尺度气动光学失真，能较好利用折射率分界面厚度模拟气动光学效应，采用该方法对气动光学效应进行仿真，仿真光程差的相对误差不超过4％。分界面厚度方法对于气动光学失真的预测与校正具有一定的指导意义，也可用于控制高速流场，抑制气动光学失真的研究。