气动光学效应

摘要： 由于当前已有方法未能对气动光学效应图像进行去噪处理,导致得到的图像校正质量较差,提出一种基于矩匹配算法的气动光学效应图像校正方法,根据小波多分辨率的特性将高低频小波系数进行分离,通过移动窗口矩匹配算法和阈值法分别对图像的低频和高频部分进行滤波处理,获取去噪后的图像。通过矩匹配算法对图像进行匹配,使用相邻帧对匹配后的图像在不同场景下进行变换列估计,同时在时间域内对校正参数进行自适应更新,完成气动光学效应图像校正。实验结果表明,所提方法能够有效提升图像质量,获取更加满意的气动光学效应图像校正结果。

摘要： 随着各种飞行器对信息获取的精确性和实效性依赖程度的大幅度提高,采用光学成像探测技术和追求高速飞行已成为各种飞行器发展的趋势.光学成像制导飞行器在大气层内高速飞行时,光学头罩与来流之间发生剧烈的相互作用,光学头罩与来流之间形成复杂的流场,在光学窗口中产生复杂的热响应,给头罩内的光学成像探测系统带来气动热辐射噪声,带来目标图像的偏移、抖动、模糊等气动光学效应.文中针对高速飞行器成像探测面临的气动光学效应,从机理、工程和应用三个层次,提出了气动光学研究思路和后续工作展望,旨在为气动光学效应研究提供参考思路.

摘要： 临近空间是航天与航空业务领域的结合部,具有重要的战略价值.高超声速飞行器是临近空间力量部署的重要载体,已逐渐进入应用部署阶段.临近空间高超声速飞行器的飞行环境和任务条件对导航系统提出了新的更高要求.在总结临近空间高超声速飞行器的导航技术研究进展的基础上,对天文导航技术的应用环境和条件进行了系统的分析和探讨,提出了5个重点研究方向,包括:星图采集效能、光学误差模型、视场观测机理、姿态更新速率、小型化模块化工程化等.研究结果可为临近空间高超声速飞行器天文导航系统的设计提供参考.

摘要： 近年来,临近空间的军事应用价值受到了越来越广泛的关注。为了研究高超声速飞行器典型后台阶结构的气动光学问题,采用研究稀薄气体动力学的直接模拟蒙特卡洛算法(DSMC)研究了临近空间在不同喷流控制下的后台阶流动特性,并采用光线追踪方法研究了在不同流动控制下流场的气动光学效应。计算结果表明,随着飞行高度增加,壁面热流将增加,同时气动光效应将变弱。在四种喷流冷却方式中,喷流方式A的冷却效果最好,同时没有增加气动光学效应,B、D方式具有一定的冷却效应,但使得气动光学效应更加严重。

摘要： 近年来,临近空间的军事应用价值受到了越来越广泛的关注.为了研究高超声速飞行器典型后台阶结构的气动光学问题,采用研究稀薄气体动力学的直接模拟蒙特卡洛算法(DSMC)研究了临近空间在不同喷流控制下的后台阶流动特性,并采用光线追踪方法研究了在不同流动控制下流场的气动光学效应.计算结果表明,随着飞行高度增加,壁面热流将增加,同时气动光效应将变弱.在四种喷流冷却方式中,喷流方式A的冷却效果最好,同时没有增加气动光学效应,B、D方式具有一定的冷却效应,但使得气动光学效应更加严重.

摘要： 利用大涡模拟方法对受周期性控制的超声速混合层进行数值模拟,揭示出受控涡结构的特性;使用光线追踪方法计算光束穿越受控混合层流场产生的气动光学波前畸变.通过对受控涡结构特性的分析,提出了一种气动光学效应校正方法,并以不同控制周期下的超声速混合层为例,对设计的校正方法进行检验.结果 表明:对于受周期性控制的超声速混合层,按照校正方法获取的波前补偿信号能够使气动光学波前畸变的幅值降低50％以上;指出混合层流场中涡结构的规整程度是影响畸变波前校正效果的关键因素.

摘要： 计算气动光学是采用数值计算的方法研究高速空气动力流场对光波传输和光学成像影响的一门交叉学科,在红外成像制导设计等工程应用中发挥着重要的作用.总结了计算气动光学研究的三种基本计算方法,包括基于CFD简化方法的光学统计估算、基于RANS流场的计算和基于LES/DNS瞬态流场的计算,对这三种计算方法的基本理论、计算过程进行了介绍,综述了新近的一些计算气动光学研究进展,最后指出了未来的研究重点和方向.

摘要： 为提高气动光学效应下目标图像清晰化处理的运行效率,提出了子孔径拼接波前复原方法.分析了波面拼接下的直接波前解卷积效果,研究了波面拼接与传统泽尼克模式法在运行效率上的差异.仿真结果表明:子孔径拼接方法具有良好的波前复原能力,与泽尼克模式法相比具有更低的算法复杂度.基于子孔径波前拼接的直接波前解卷积方法可有效提高点源图像探测的斯特列尔比(Strel ratio),可应用于高超声速飞行器的红外寻的系统中,抑制气动光学相位畸变的影响,增强目标探测、识别和跟踪性能.

摘要： 几十年来,人们对高速机载光学系统的兴趣不断增长.然而,当激光穿过光学窗口附近的流场时,湍流引起的不均匀折射率分布将产生波前相差,导致光束散焦,抖动,偏移和能量损耗,这便是气动光学效应.本文通过使用改进型延迟分离涡模拟(IDDES)获得了圆柱型转塔模型的流场结果.首先,通过风洞试验结果验证了三个仰角——90,100和120度在不同位置的流向速度分布.接下来,通过标准算例引入并验证了在编程中应用的数值方法,例如Runge-Kutta光线追踪、自适应步长和傅里叶变换法.最后,在得到精确流场的条件下,计算了近场光程差(OPD)、光程差均方根OPDrms和远场光强分布,并进行对比分析.可以得出结论:当光束从90度仰角模型的窗口发射时,将产生最低的OPDrms和波前相差.随着仰角增加,窗口周围的流动分离开始,且模型仰角越大,分离流所产生的非均匀密度分布将导致越大的波前相差与OPDrms.

摘要： 高速成像探测面临的气动光学效应带来图像传输干扰和热辐射干扰,直接影响探测精度.研究高速成像气动光学效应建模仿真技术,建立具有气动光学效应影响的半实物仿真技术方法,对分析高速流场对红外成像传感器成像效果影响及算校正技术具有重要意义.在高速流场传输模型基础上,建立具有模糊、抖动等失真效果的动态图像仿真方法,为建立具有气动光学效应影响半实物仿真试验环境提供依据.

摘要： 气动光学计算中,光线需要沿入射方向穿过空间流场区域,因此在光线路径上的任何流场数值求解误差都可能在最终结果中得到累积.在求解格式和计算方法确定的情况下,流场空间求解精度主要受数值计算网格的影响.本文针对高超声速球头绕流流场气动光学效应研究,分析了流场计算中所采用的网格分区结构以及空间网格法向密度对气动光学效应计算的影响.研究结果表明：网格的空间分布在达到一定密度后,继续增加网格密度对气动光学效应计算影响不大.平行光学传输路径的网格分区边界对光学计算会产生较大影响,在计算网格设计中应尽量避免.

摘要： 本文介绍了气动光学效应仿真的概念特点、技术需求、研究现状和应用前景，提出开展高速飞行器气动光学效应仿真技术研究的关键问题。同时，对气动光学效应仿真的研究内容进行了描述和说明，通过分析新型飞行器对气动光学效应研究的需求，探讨气动光学效应机理及规律的研究途径，探讨气动光学效应建模与仿真的技术方法，以及气动光学效应仿真的技术途径。鉴于气动光学效应涵盖的现象和成因复杂，报告重点分析飞行器受到的气动光学传输效应与头罩气动热效应的影响，分析和讨论气动光学效应对红外探测系统产生的影响，以及在红外探测系统仿真中的实现方法。

摘要： 利用双曝光CCD 相机成像技术,研究了小直径光束穿越可压缩混合层流场后引起的气动光学效应.实验研究结果表明:在不同对流马赫数(Mc ＝0.17 ,0.45 )下,光束投影发生了不同程度的变形和偏移.利用光束投影成像质心的概念定量分析了不同对流马赫数下光束偏移和抖动的统计特性,统计结果表明在高对流马赫数下光束投影的偏移量减小,光束沿流场展向的平均偏移角度减小,但摆动幅度加大.

摘要： 由于明显的工程研究意义,湍流平板流动是气动光学领域问题的重点研究对象.本文从流体力学和光学工程学科交叉的角度,采用基于WCNS-E-5方法的程序,对波纹诱导的Ma∞=2.9的湍流平板边界层壁面热条件的影响下的气动光学效应进行定量分析.首先介绍了物理模型并进行数值方法验证,然后定量分析了对壁温变化导致的气动光学效应变化,并引入基于SRA(强雷诺比拟)理论的解析解进行验证,结果吻合较好,可见壁面冷却可以改善气动光学性能.然后对平板上气动窗口布置策略进行讨论,考虑了壁面热环境及成像质量的因素,指出将气动窗口布置于湍流段更为合理;后对比了不同平板段壁温冷却对湍流段气动窗口成像质量的影响.本文对壁面温度变化的超声速湍流边界层数值模拟进行了深入研究,对工程中气动窗口布置及壁面冷却方案具有参考价值.

摘要： 模拟计算了机载光学平台整流罩附近的流场,定量分析了平均流场气动光学效应,以及气动光学平均流场效应引起的波前相位的性质,指出平均流场气动光学效应引起的波前像差均方根及波前像差的性质随光束传输方向改变有非常明显的变化,波前像差主要是低阶项.根据气动光学效应定义了平均流场厚度,提出了根据平均流场厚度和飞机速度,判断气动光学平均流场效应特征时间的粗估公式,通过数值模拟验证了粗估公式的可靠性,并对于气动光学平均流场效应的时间特性随马赫数的变化给出了定量分析.

摘要： 应用数值方法对窄间发展剪切层流动引起光学畸变进行了模拟，采用波面拟合方法对剪切层流场引起的光学畸变进行了分析，通过波面重构系数的幅值特性比较了流场转捩初期、转捩过程中和完全发展湍流三个阶段波面的畸变特性。研究结果表明，应用波面拟合方法可以定量的描述波面畸变的空间尺度特性，流场结构的空间尺度及其分布足影响可压缩剪切层流场波面畸变的重要因素。

摘要： 采用大涡模拟的方法计算了来流速度分别为0.6Ma、0.7Ma、0.8Ma和0.9Ma的球/柱形结构附近的流场,给出了密度和光程差的统计结果,并采用相屏法研究了几种流场对激光传输的影响.结果表明:随着来流速度的增加,密度均方根和光程差均方根增大,激光远场峰值功率密度减小,光斑扩散加剧.

摘要： 采用大涡模拟的方法计算了来流速度分别为0.6Ma、0.7Ma、0.8Ma和0.9Ma的球/柱形结构附近的流场,给出了密度和光程差的统计结果,并采用相屏法研究了几种流场对激光传输的影响.结果表明:随着来流速度的增加,密度均方根和光程差均方根增大,激光远场峰值功率密度减小,光斑扩散加剧.

摘要： 本发明涉及一种基于NURBS曲面拟合的气动光学热辐射效应校正方法及装置，其包括：获取气动热辐射效应的退化图像；采用高斯金字塔滤除退化图像中的高频成分，得到高斯金字塔顶层图像；提取高斯金字塔顶层图像中的像素点为NURBS曲面的拟合像素点；分别计算拟合像素点行方向与列方向的节点矢量，并利用行方向与列方向的节点矢量构建NURBS曲面的基底函数矩阵；基于NURBS曲面反算法计算NURBS曲面的控制点向量，并根据控制点向量进行曲面修正得到NURBS曲面的新权因子；建立基于NURBS曲面拟合的热辐射效应校正模型，交替迭代估计NURBS曲面的基底函数矩阵、控制点向量，并输出满足预设要求的清晰图像及热辐射效应层图像。本发明可以对退化图像进行有效校正，得到清晰图像。

摘要： 本发明涉及一种气动光学热辐射效应校正方法、装置、设备及存储介质，其方法包括：获取气动光学热辐射退化图像，并对退化图像进行滤波操作得到滤波图像；对滤波图像进行下采样处理并生成离散点；对离散点使用基于移动最小二乘法曲面拟合法拟合出初始偏置场曲面；将初始偏置场曲面输入预先建立的退化模型中，并使用交替迭代最小法输出满足预设迭代条件的校正图像及偏置场。本发明中输出的校正图像更清晰，提升了校正效果。

摘要： 本发明公开了一种基于气动光学效应图像空变模糊核的点近邻复原方法，包括以下步骤：对输入的气动光学效应的模糊图像进行计算，滤除对估计模糊核不利的部分区域，筛选得到图像中多个大梯度结构区域；对筛选出的多个大梯度结构区域对应的模糊图像区域，估计出各区域的模糊核，同样计算出整幅模糊图像的总模糊核；将模糊图像中每个像素点到各区域中心点的距离进行比较，将距离最近的区域的模糊核作为该像素点的模糊核；利用空变模糊核的空间相关性，得到每个像素点的近似精确模糊核；根据每个像素点的近似精确模糊核，逐点反卷积计算得到复原图像。本发明可以提高气动光学效应模糊图像的复原质量。

摘要： 本发明提供了一种气动光学效应空变模糊图像不均匀分块的图像复原方法，包括以下步骤：输入气动光学效应空变图像；滤除对模糊核估计不利的小结构图像，得到多个带有大结构的梯度域图像的待估计模糊核图像块集合；根据待估计模糊核图像块集合中的索引坐标进行行列区分，得到行离散序号组与列离散序号组的两组排序组；删除两组排序组中相邻元素小于预设阈值的行或者列，剩余的行和列所划分的图像块组成待插值模糊核图像块集合；求解待估计模糊核图像块集合和待插值模糊核图像块集合中各个图像块的模糊核；利用超拉普拉斯先验图像退化模型复原图像块，并拼接成完整图像。本发明能够满足在多目标，复杂的宽视场湍流场景下的图像复原工作。

摘要： 本发明公开了一种气动光学效应空变模糊图像复原方法，包括以下步骤：采用二叉树结构对空变模糊图像进行第一次分区，将整幅图像先纵向再横向划分为四块面积形状相等的区域；建立退化模型，且在退化模型中添加平滑因子约束项；使用交替极小化迭代方法对每一块区域求解模糊核，分别比较相邻图像块模糊核的相似性，若小于设定阈值则将相应图像块重新按照二叉树结构继续分区，直到相邻图像块模糊核的相似性满足设定阈值；对所有求解的模糊核逐点线性插值得到每一个像素点的模糊核，构造卷积核矩阵，使得卷积核矩阵每一行对应每一个像素点的模糊核；根据卷积核矩阵构建空变卷积模型，求解得到完整去卷积的复原图像。

摘要： 本发明公开了一种多尺度自校准气动光学效应湍流退化图像复原方法，包括以下步骤：S1、提取原始气动光学效应湍流退化图像的特征图；S2、通过预先构建的自校准网络对特征图进行校准，得到针对湍流退化图像局部模糊区域校准的局部融合特征图；S3、对原始气动光学效应湍流退化图像的特征图进行多尺度卷积恢复，得到针对全局区域的全局恢复特征图；S4、将局部融合特征图和全局恢复特征图合并，并通过卷积对合并后的特征图进行图像复原。本发明能在利用图像潜在高、低分辨率空间信息的同时兼顾到图像的多尺度信息，从而精准复原气动光学效应湍流退化图像。

摘要： 本发明公开了一种气动光学效应大视场退化图像逐点校正复原方法，包括：计算输入的退化图像的梯度，选取多个大梯度区域，并计算每个局部区域的模糊核；逐点计算到最近两个局部区域中心点的距离，并根据每个像素点的两个距离对全图各点的模糊核进行反距离加权插值计算，得到全图各点模糊核初值，构成初始模糊核矩阵；根据初始模糊核矩阵建立空变退化模型，并添加非负性约束正则化项和基于自适应各向异性变系数的稀疏性约束正则化项使目标图像和各点模糊核具有非负性和空间自适应性；求解空变退化模型，得到各点的模糊核与各点的灰度值来实现逐点校正，最终输出空变退化复原图像。本发明能够对大视场的气动光学效应空变退化图像进行校正复原。

摘要： 本发明公开了一种气动光学效应空变模糊图像复原方法，包括以下步骤：采用二叉树结构对空变模糊图像进行第一次分区，将整幅图像先纵向再横向划分为四块面积形状相等的区域；建立退化模型，且在退化模型中添加平滑因子约束项；使用交替极小化迭代方法对每一块区域求解模糊核，分别比较相邻图像块模糊核的相似性，若小于设定阈值则将相应图像块重新按照二叉树结构继续分区，直到相邻图像块模糊核的相似性满足设定阈值；对所有求解的模糊核逐点线性插值得到每一个像素点的模糊核，构造卷积核矩阵，使得卷积核矩阵每一行对应每一个像素点的模糊核；根据卷积核矩阵构建空变卷积模型，求解得到完整去卷积的复原图像。

摘要： 本发明涉及一种气动光学效应校正方法，包括：获取热辐射退化图像；根据热辐射退化图像进行滤波处理，确定热辐射估计图像；根据热辐射退化图像和热辐射估计图像进行贝塞尔曲面拟合，确定潜在清晰图像，并判断潜在清晰图像是否满足预设条件；若不满足预设条件，则更新热辐射退化图像和热辐射估计图像，进行迭代；若满足所述预设条件，则输出所述潜在清晰图像。本发明实施简单且高效，能够对气动光学效应退化图进行图像校正，通过执行本发明的方法，可有效去除图像的热辐射效应，提升图像品质和信噪比。

摘要： 本发明公开了一种超声速流场气动光学效应风洞综合测试平台，在同一风洞运行车次下可以同时进行波前测试、MP测试、NPLS测试和PIV测试，单次测量获取的信息量大，有效节约了风洞运行车次，降低了实验成本，并且可以同步获取流场参数信息和气动光学效应相关参数，有助于分析气动光学效应内在的流动机理。并且，利用半透半反镜可以获取相同区域内不同类型的气动光学效应信息，有利于提高气动光学效应测试的准确性和可靠性。另外，还通过在测试区域的上方和下方均设置密封安装的隔腔结构，可以保证风洞上下壁面湍流边界层不会对光线传输产生干扰，大大提升了气动光学效应测试的准确性。