氣動(dòng)光學(xué)窗口POD分析及光傳輸效應(yīng)建模與仿真.pdf

1、隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的迅速發(fā)展，紅外熱成像跟蹤、制導(dǎo)、探測(cè)系統(tǒng)在高精度打擊武器或高速精確制導(dǎo)飛行器中的引用越來(lái)越廣泛。帶有帶有紅外熱成像探測(cè)、跟蹤系統(tǒng)的高速飛行器(一般其上嵌有光學(xué)側(cè)窗，或以光學(xué)頭罩覆于導(dǎo)引頭)在大氣層中飛行時(shí)，因氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的影響，其光學(xué)窗口或頭罩表面與來(lái)流之間的激波層、邊界層等復(fù)雜的流場(chǎng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用，對(duì)飛行器內(nèi)部紅外熱成像探測(cè)、跟蹤系統(tǒng)造成氣動(dòng)熱、熱輻射和光傳輸畸變效應(yīng)，處于這種復(fù)雜熱環(huán)境下的光學(xué)系統(tǒng)成像將會(huì)發(fā)生抖

2、動(dòng)、偏移以及模糊等失真。因氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的存在，光學(xué)窗口或光學(xué)頭罩在這種復(fù)雜湍流流場(chǎng)環(huán)境作用下，也會(huì)產(chǎn)生因溫度差等影響產(chǎn)生溫度梯度和窗口表面變形，進(jìn)而導(dǎo)致窗口材料產(chǎn)生熱應(yīng)力，同樣會(huì)嚴(yán)重影響到紅外成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量。因此，研究氣動(dòng)光學(xué)窗口在氣動(dòng)熱環(huán)境下的光傳輸特性以及對(duì)成像質(zhì)量的影響，有著重要的意義。
　　 本文通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真的方式，主要研究?jī)煞矫娴膬?nèi)容：一，基于本征正交分解(POD)理論，對(duì)氣動(dòng)熱環(huán)境中光學(xué)窗口折射率場(chǎng)本征結(jié)構(gòu)進(jìn)行

3、了分析和提取，探索了造成氣動(dòng)光學(xué)窗口光傳輸畸變的主要原因，提出了一個(gè)簡(jiǎn)便利用本征結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)窗口折射率場(chǎng)進(jìn)行反設(shè)計(jì)的方法，通過(guò)POD分析，提高了程序在讀取、保存窗口折射率場(chǎng)數(shù)據(jù)的效率，對(duì)探究窗口氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的預(yù)測(cè)途徑也有一定的啟發(fā)意義。二，對(duì)光線在氣動(dòng)光學(xué)窗口中的光傳輸進(jìn)行建模與仿真，得到出射波面波像差，在此基礎(chǔ)上計(jì)算出氣動(dòng)光學(xué)窗口的各成像質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)(點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)、調(diào)制傳遞函數(shù)、斯特列爾比等)，并用一幅四桿靶標(biāo)模擬真實(shí)目標(biāo)，得到其經(jīng)光學(xué)窗口