建立了对运动物体在大气层内运动引发的大气扰流进行可视化光学监测的方法，包括大气扰流光传输方法、大气扰流光偏折监测方法，以及高精度扰动检出方法三个部分。首先，在分析大气扰流引发光线偏折机理的基础上，研究了大气扰流区光线折射率、折射率梯度和光线偏折传输的计算方法；其次，基于背景纹影成像原理的监测系统各参数对监测效能影响的分析方法；最后，利用“整像素搜索+亚像素定位”的高精度扰动检出方法，分别建立了这三种方法的数学模型并开展了仿真分析。结果表明：该方法为可视化监测航天飞行器返回大气层着陆减速、降落伞动力展开、客机超音速飞行等过程中与大气的相互作用，提供了一种重要的方法与途径，监测结果可为优化气动外形提供数据支撑。