飞行器在大气层中高速飞行时, 气动加热, 光学窗口与外部气流相互作用形成了复杂的流场结构。其折射率分布无规则、不均匀, 很难准确得到光线的传播路径。为此, 提出三种四阶精度方法的光线追迹方案, 通过与螺旋光线解析解结果进行对比, 发现四阶Runge-Kutta方法光线追迹过程中最大相对误差为1.6×10-8, Richardson外推法为1.2×10-8, Adams线性多步法为1.2×10-11, 确定Adams线性多步法是可用于光线追迹的高精度、高速的方法。基于多项式拟合的任意点插值方法可以获得比距离反比法更高的折射率场插值精度。并将该方法运用在导弹的光学窗口附近流场引起的波前畸变的计算, 对计算结果进行了对比, 结果表明Adams线性多步法以Runge-Kutta方法起步, 但Admas方法没有忽略前一步的计算结果, 不会带来误差的累积, 所以结果更接近真实解, 而Richardson外推方法算出的光程差大小与其他两种方法明显不同。

飞行的钝锥体外流场在密度分布上具有强烈非均匀性，这将导致其传输的细光束在远场靶面上产生偏移，从而影响其光学探测系统的作用精度。探讨并给出了任意折射率分布介质中的光线追迹方法。利用该方法对钝锥体外流场中的细光束路径进行了计算。计算结果表明：在所选位置上，锥体外流场对光线的出射角有明显的影响，但不是特别剧烈；当钝锥体表面加冷却源后，流场密度梯度变化加大，光束出射角的脱靶量明显加大。校正外流场为分析钝锥体上光学系统引入的目标脱靶量提供参考依据。

为了解决非均匀介质中的光传输问题，利用光学相位共轭波的时间反演特性，实现了对克斯林衍射积分公式的改进。并通过改进后的计算方法对均匀及非均匀介质中的光传输进行了数值模拟。模拟结果表明，该方法能够实现计算非均匀介质中的衍射场的近场分布的计算。这一结果对高功率激光系统中的传输模拟和参量优化等问题是有帮助的。