基于自适应网格法的气动光学窗口光传输特性研究

摘要

高速飞行器在大气中飞行时，窗口与大气之间发生剧烈的相互作用，大量动能转化为热能，导致窗口温度升高，原本均匀的窗口结构变形，并在窗口内部形成无规则非均匀的梯度折射率场，产生严重的气动光学效应。此时平面波入射进畸变窗口，出射波面将偏离理想波面，产生附加位相，目标图像产生偏移、模糊，成像质量受到严重影响，降低了高速飞行器对目标的探测、识别和跟踪能力，大大降低了制导精度。
　　本文根据气动热环境下窗口折射率场无规则非均匀分布的特性，采用自适应网格法变步长光线追迹对光线在窗口内的传输进行分析，分析了气动热环境对窗口成像质量的影响。首先在初始均匀网格的基础上根据窗口内折射率场的分布情况划分自适应网格；其次根据追迹点所在自适应网格的大小确定光追步长；最后采用四阶 Runge-Kutta算法进行光线追迹，得到入射平面波波面上每点经过窗口后的光程，为进一步像质评价和畸变波前校正提供依据。
　　本文在Visual C++6.0环境下编写了光线追迹程序，并比较了采用不同网格划分阈值和光追步长时得到的各项光学评价函数，如点扩散函数（PSF）、调制传递函数（MTF）、斯特列尔比（S.R.）、能量集中度、失真图像、波前倾斜量和波前方差等一系列光学评价指标，综合考虑计算时间和光追精度，选出了最优网格划分阈值和光追步长，分析了光线取不同角度入射时窗口的成像情况。本文构造折射率场，验证了采用自适应网格对该折射率场进行描述的精度，并将软件得到的结果与理论结果进行比较。

目录

基于自适应网格法的气动光学窗口光传输特性研究

Research on Ray Transmission Through Aero-Optical Window Based on Self-Adaptive-Mesh Method

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 气动热环境下窗口光传输国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 基于自适应网格的变步长光线追迹理论分析

2.1 自适应网格划分实现方法

2.2 变步长光线追迹

2.3 像质评价指标介绍

2.4本章小结

第3章 基于自适应网格的变步长光线追迹软件研制

3.1 软件总体结构

3.2 软件各部分主要功能及基本运行流程

3.3 本章小结

第4章 光学侧窗变步长光线追迹结果分析及精度验证

4.1 光学侧窗变步长光线追迹结果分析

4.2软件计算结果置信度分析

4.3 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢