为了提高高马赫飞行下光学窗口的光学性能，对比分析了基于气动光学效应三种飞行器模型不同攻角的马赫数场、密度场、温度场和压力场的流场结构及对光学性能的影响。首先, 根据飞行器与来流的迎风面，建立了三种飞行器典型模型；继而, 给出了0°、5°和10°攻角飞行工况；然后,建立了基于Navier-Stokes方程和湍流模型的三种攻角流场分布；最后, 对比分析了宽平头体飞行器中三种攻角温度场作用下的光学系统传递函数。结果表明，马赫数场与密度场、温度场与压力场分别具有相似分布形式；相同飞行速度和攻角下，大迎风面的飞行器光学窗口周围温度与压力较小迎风面大；相同飞行器，较大攻角对应较大流场强度，攻角为0°、5°和10°时传递函数分别为0.188，0.097和0.028。此分析结果可为高马赫飞行下光学窗口优化提供一定的理论依据。

航空遥感器在高速飞行时，由于光学窗口玻璃与大气间的摩擦会产生大量热，致使光学窗口玻璃在热载荷作用下发生变形，光束通过时会发生偏折、产生光程差等问题，导致航空遥感器的光学系统成像受到影响。为了更好地抑制这种影响，介绍了双层光学窗口的结构，并结合实例验证，对比分析了同等厚度下单、双层光学窗口的光学性能。根据窗口结构给出了在满足外界作业环境下，圆形和矩形窗口厚度的确定方法及不同窗口安装方式对厚度的影响；分析了在压力和温度的影响下，窗口玻璃的变形情况，并结合载机飞行工况对双层窗口进行了热变形分析；结合实际光学系统，验证了双层窗口的光学性能，并和同等厚度的单层窗口进行对比。分析结果表明，在航空遥感器高速飞行条件下，与同等厚度的单层窗口相比，双层窗口玻璃的径向温差和轴向温差更小；针对所研究的光学系统，双层光学窗口玻璃热变形后引起的光学系统离焦量更小，并且对光学系统调制传递函数（MTF）的影响更小，空间频率在0~65 cycle/mm 范围内不低于0.3，且在65 cycle/mm 时MTF 的相对下降量不超过10%，即双层光学窗口的引入使光学系统在不用调焦的情况下就可以满足使用要求。对双层光学窗口的分析研究也可以为其他航空光学窗口设计提供参考。