当带有光学成像探测制导系统的高速飞行器在大气层内飞行时，光学窗口与来流之间会形成复杂的凹腔绕流流场，产生气动光学效应。建立了求解超声速流场的高精度LES/RANS混合算法模型，研究了超声速流动条件下的Settles三维凹腔流动；在计算得到精确流场数据的基础上，研究了凹腔剪切层区域的光学传输效应。结果表明，凹腔流动的剪切层结构将引起光线抖动，导致严重的波面畸变，明显降低光强斯特雷尔(Strehl)比，严重影响光学传输性能，进而大大降低光学制导精度。

气动光学畸变波前可近似表示为低阶本征正交分解(POD)基与时间系数的相乘叠加形式。当本征正交分解基已知时，如何实时获取各阶时间系数则是能否对波前进行有效低阶近似重构的关键。从波前低阶近似表达式出发建立了时间系数、基函数的空间导数与探测光束偏折角所满足的线性方程组，通过求解该方程组得到系列低阶时间系数。对实验测量的畸变波前时间序列的分析表明，该方法求解的时间系数和直接波前本征正交分解分析得到的时间系数能够较好地吻合，并且与基函数的组合也能较好地重构出波前。由于只需测量波面上稀疏布局的探测光束的偏折角，并且求解的方程组包含方程数量少，因此该系数获取方法更具有实时性，从而实现对高频变化的气动光学畸变波前的实时重构。