气动光学效应对红外成像影响的仿真分析

论文摘要

高速导弹在大气层内飞行时,其光学头罩与大气之间发生剧烈的相互作用,头罩周围的气体密度发生变化,由于流场的气体折射率变化使机载光学寻的器的光学成像系统中的目标像的像差急剧增加如畸变、偏移、模糊和跳动等,称为气动光学效应。气动光学效应的存在将大大降低导引头识别、跟踪目标的能力,定量地计算气动光学效应的影响,并采取有效的方法补偿、校正这种影响,成为高速导弹研制的关键课题之一。现有的校正算法研究,都只针对图像进行,而并未将流场情况考虑在内。本文提出利用光线追迹法,追踪光线受气动光学效应影响在流场中的传输过程,进而得到实际成像与标准成像之间的误差,在流场数据与所成图像之间建立联系,为图像校正工作提供参考。文章介绍了影响气体折射率的因素、光线传播的原理;气动光学仿真的方法以及光线追迹理论;作为文章重点,对仿真算法的具体实现做出说明;最后给出了仿真实验结果,证明这是一种行之有效的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的内容及意义
• 1.1.1 气动光学介绍
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 光线传输理论
• 2.1 气体状态与折射率的关系
• 2.1.1 气体的折射率
• 2.1.2 折射率与气体密度的关系
• 2.1.3 折射率与气体温度的关系
• 2.1.4 折射率与气体化学成分的关系
• 2.1.5 折射率与气体压力的关系
• 2.1.6 折射率与光波波长的关系
• 2.1.7 气体折射率方程
• 2.2 几何光学
• 2.3 空间折射率梯度与偏折角
• 2.3.1 三元梯度场中光线传输的三个变量
• 2.3.2 空间折射率梯度与光束偏折角
• 2.4 本章小结
• 第三章 气动光学仿真方法
• 3.1 光线追迹法
• 3.2 物理光学法
• 3.3 波动光学法
• 3.4 本章小结
• 第四章 仿真原理与实现
• 4.1 仿真原理
• 4.2 折射面的提取方法
• 4.3 折射光线方程的计算
• 4.4 仿真程序的模块设计
• 4.4.1 数据输入模块
• 4.4.2 光线传输计算模块
• 4.5 实验设计与结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 工作总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间录用的论文