红外成像探测制导系统在高超音速飞行器的环境感知系统中扮演着十分重要的角色。截止目前,飞行器壁面及光学窗口与高速来流的强相互作用而导致的气动光学效应仍是制约红外成像探测系统在高超音速飞行器上应用的主要因素,风洞实验和计算机仿真是研究该问题的普遍思路。由于风洞实验存在效率低、成本高及实验样本不足等问题。通过建立合理的计算机仿真模型,可快速为气动光学效应的研究提供大量数据支撑,从而极大地降低研究成本。为获得真实可靠的仿真数据,建立精确的计算模型是至关重要的。本文针对高超音速光学侧窗喷流致冷气动流场的光学传输效应,利用Fluent软件获得了流场密度数据,采用三维元胞自动机流场光线追迹新算法,结合偏移矩阵与光学系统像差理论,完成了气动光学传输效应的成像仿真及评估。本文的主要研究工作如下:（1）针对已有高超音速流场仿真研究模型精度不足的问题,本文借助ANSYS Workbench 19.2有限元分析软件套件,建立了带有光学侧窗及冷却喷流喷口的钝锥外流场计算模型,对不同飞行高度、速度、攻角及不同时刻下的多个案例进行了较为精确的数值计算,并研究了不同飞行条件下冷却喷流喷口气流及外流场特性,得出了飞行高度越低、速度越大、攻角越小（攻角为负值时绝对值越大）,冷却喷流初始压强越大的结论。（2）光线追迹法是研究气动光学效应的重要手段之一。本文首先通过理论分析指出了基于折射率分层或分块及折射定律的光线追迹法和基于光线方程及折射率梯度的光线追迹法的不足之处;然后基于三维元胞自动机理论与几何光学理论提出了新的流场光线追迹算法,在保持计算精度的同时提高了计算效率;最后利用C++语言编程实现了新的光线追迹算法,并利用新的光线追迹法获得了红外辐射在光学窗口表面的空间分布及光程数据。（3）对气动光学效应导致的成像畸变、模糊、抖动及能量衰减现象进行了仿真,分析了不同飞行条件对气动光学效应的影响。首先利用光线追迹得到的像面偏移数据及光程数据分别得到了不同飞行条件下的偏移矩阵及波像差,采用光学成像系统像差理论计算了气动流场的点扩散函数;然后分别利用偏移矩阵、点扩散函数和斯特尔比建立了气动光学畸变、模糊及能量衰减效应的仿真模型,并基于以上方法计算了不同时刻的气动光学传输效应,即气动光学抖动效应;最后基于SSIM图像失真度评估算法得到了飞行高度越低、速度越快、攻角越小,气动光学传输效应越显著的结论。