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共形光学系统的气动光学效应抑制方法研究
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作者 王浩然 朴明旭 +6 位作者 张贤 李晨霄 娄一辰 邹慧田 童英然 王俊淞 张博 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第7期296-304,共9页
传统光学球罩难以适应现代高速飞行器复杂的气动光学环境,共形光学球罩具有优异的空气动力学性能,成为新一代光学系统的理想选择。然而,共形光学系统在高速运动时,会由气动光学效应引发动态像差与图像畸变。针对现有校正技术依赖相位板... 传统光学球罩难以适应现代高速飞行器复杂的气动光学环境,共形光学球罩具有优异的空气动力学性能,成为新一代光学系统的理想选择。然而,共形光学系统在高速运动时,会由气动光学效应引发动态像差与图像畸变。针对现有校正技术依赖相位板或光学元件补偿导致的系统复杂度与重量增加,文中提出了一种基于光-数联合的气动光学效应抑制方法,利用泽尼克多项式拟合波前像差,构建广义光瞳函数模型,并基于傅里叶变换推导非对称全视场点扩散函数模型。通过反卷积算法实现多扫描角度模糊图像的复原,各个扫描角度复原后的图像梯度总和至少提升1.4E+07,部分扫描视场的提升量可以达到2.0E+07。该方法无需引入额外校正元件,在保证系统轻量化与低成本的同时,显著提升了气动光学效应对成像质量的影响。 展开更多
关键词 共形光学系统 光-数联合 气动光学效应 图像梯度总和
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超音速/高超音速飞行器湍流流场气动光学效应分析 被引量:10
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作者 杨文霞 蔡超 +1 位作者 丁明跃 周成平 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期88-92,共5页
针对高超音速飞行器在大气中流动时所产生的气动光学效应进行定性和定量的分析与计算。通过对高速湍流流场N-S方程的CFD求解,得到在不同飞行参数下,飞行器外围流场的各种参数分布;再运用变折射率流场的光线追迹法,得到红外光在该非均匀... 针对高超音速飞行器在大气中流动时所产生的气动光学效应进行定性和定量的分析与计算。通过对高速湍流流场N-S方程的CFD求解,得到在不同飞行参数下,飞行器外围流场的各种参数分布;再运用变折射率流场的光线追迹法,得到红外光在该非均匀变折射率流场中的传输路径;最后应用傅里叶光学理论,结合数值分析方法,计算得到高速湍流流场的气动光学效应传输函数。计算结果表明,气动光学传输函数的幅度响应函数具有低通特征,使得图像发生像模糊;其相位响应函数具有非线性的特点,导致红外成像非线性偏移。本文所得实验结果与理论分析相吻合。 展开更多
关键词 气动光学效应 光学传递函数 湍流 N—S方程 光线追迹
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气动光学效应降晰函数辨识与图像复原 被引量:6
3
作者 赵剡 宗云花 +1 位作者 张世军 杨秋英 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期188-191,共4页
提出对气动光学效应降晰函数进行建模 ,选择“误差—参数分析法”进行降晰函数辨识 ,利用所建模型对试验图像进行图像复原 ,图像信噪比获得提高 ,复原效果明显。研究表明 ,对气动光学效应图像进行降晰函数辨识 。
关键词 气动光学效应 图像复原 辨识 建模 函数 模型 误差 图像信噪比
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带凹窗斜劈高速湍流气动光学效应研究 被引量:7
4
作者 陈勇 郭隆德 +1 位作者 张龙 金钢 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期666-671,共6页
采用数值方法分析研究了带凹窗斜劈高速湍流气动光学特性受窗口深度的影响。湍流数值模拟采用耦合J-B模型的RANS/LES混合方法即DES方法,依靠双时间步LU-SGS方法开展非定常迭代求解,并且利用物理光学方法和波前重构技术等计算气动光学效... 采用数值方法分析研究了带凹窗斜劈高速湍流气动光学特性受窗口深度的影响。湍流数值模拟采用耦合J-B模型的RANS/LES混合方法即DES方法,依靠双时间步LU-SGS方法开展非定常迭代求解,并且利用物理光学方法和波前重构技术等计算气动光学效应,用于分析近场波前畸变和远场光斑分布情况。模拟结果表明,在窗口较浅时,窗口前缘处产生较强激波,带来更大的波前倾斜影响,而窗口较深时,分离剪切层、旋涡等流场结构导致气动光学效应的非定常特性更为显著;高速湍流导致的气动光学效应很强,在所模拟条件下,波前倾斜、均方根光程差、峰谷值以及Strehl比分别达到69μrad、0.22λ、1.2λ和0.31,其对应的跳动值38μrad、0.04λ、0.8λ和0.43。 展开更多
关键词 高速湍流 DES方法 气动光学效应 物理光学 非定常
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光学头罩绕流流场气动光学效应数值模拟 被引量:8
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作者 史可天 程晓丽 马汉东 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2010年第1期6-11,共6页
以红外成像制导技术在高速拦截器上的应用需求为背景,进行了光学头罩绕流流场气动光学效应数值模拟。应用雷诺平均NS方程并选取了适当的湍流模型,对凹窗、凸窗和球头3种光学头罩的高速飞行器绕流流场进行了数值模拟,得到了绕流流场密度... 以红外成像制导技术在高速拦截器上的应用需求为背景,进行了光学头罩绕流流场气动光学效应数值模拟。应用雷诺平均NS方程并选取了适当的湍流模型,对凹窗、凸窗和球头3种光学头罩的高速飞行器绕流流场进行了数值模拟,得到了绕流流场密度分布;研究了脉动流场引起的气动光学传输效应的计算方法,应用几何光学、物理光学和统计光学方法进行了光学传输效应计算,得到了点扩散函数,即像面光强分布。通过瞄视误差、Strehl比、含能半径等气动光学效应参数描述了流场引起的成像畸变,并分析了不同外形、飞行状态和光学系统参数对光学传输效应的影响。 展开更多
关键词 气动光学效应 光学头罩 成像畸变 点扩散函数
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基于多分辨率盲目去卷积的气动光学效应退化图像复原算法 被引量:22
6
作者 洪汉玉 张天序 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第7期952-963,共12页
为了有效地恢复气动光学效应退化图像 ,该文提出了一种基于两帧退化图像的多分辨率盲目去卷积复原算法 .该算法在大气流场的光学退化模型未知的情况下 ,采用两帧退化图像数据来估计点扩展函数值 .为了克服噪声的干扰 ,该文将点扩展函数... 为了有效地恢复气动光学效应退化图像 ,该文提出了一种基于两帧退化图像的多分辨率盲目去卷积复原算法 .该算法在大气流场的光学退化模型未知的情况下 ,采用两帧退化图像数据来估计点扩展函数值 .为了克服噪声的干扰 ,该文将点扩展函数非负性和光滑性约束转化为数学上可表达的惩罚项 ,融合到目标函数中 ,建立了一个基于各向异性调整的目标函数表达式 ,采用约束优化原理迭代估计点扩展函数值 .同时 ,针对复原图像的快速需求 ,将多分辨率技术用在点扩展函数的最优估计和图像复原过程中 ,提出了基于图像多分辨率的盲目去卷积复原新算法 .在微机上进行了一系列的图像恢复实验和对比分析 ,实验结果表明该文复原算法十分有效 ,在抑制噪声和提高复原速度方面取得了明显的效果 . 展开更多
关键词 气动光学效应 图像复原 盲目去卷积 多分辨率
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气动光学效应图像恢复IBD算法研究 被引量:5
7
作者 赵剡 张世军 +1 位作者 宗云花 杨秋英 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2004年第2期169-173,共5页
采用迭代盲目反卷积进行气动光学效应图像恢复研究,编制了相应的计算程序,获得了恢复图像和相应的气动光学效应降质过程的点扩散函数,同时讨论了共轭梯度CG算法在盲目反卷积图像恢复计算过程中的收敛性,并提出算法策略。
关键词 气动光学效应 图像恢复 盲目反卷积
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气动光学效应的数值模拟与预测 被引量:6
8
作者 郭永洪 沈忙作 陆祖康 《光电工程》 CAS CSCD 1998年第A12期21-24,共4页
介绍了超音速飞行器的气动光学效应 ,并讨论用数值模拟来研究和预测气动光学效应的方法。
关键词 气动光学效应 模拟试验 飞行器 数值模拟
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气动光学效应红外序列退化图像优化复原算法 被引量:5
9
作者 洪汉玉 张天序 易新建 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2005年第6期724-728,共5页
从时间序列退化图像中依次连续取两帧图像来估计湍流瞬态点扩展函数,将约束优化原理应用在气动光学效应退化图像的复原过程中。针对气动光学效应湍流点扩展函数复杂多峰、随机多变等特性,在点扩展函数的估计过程中,采用保凸峰等优化策略... 从时间序列退化图像中依次连续取两帧图像来估计湍流瞬态点扩展函数,将约束优化原理应用在气动光学效应退化图像的复原过程中。针对气动光学效应湍流点扩展函数复杂多峰、随机多变等特性,在点扩展函数的估计过程中,采用保凸峰等优化策略,将点扩展函数离散值的计算转化为基于松弛迭代的最优化估计,通过极小化准则函数估计点扩展函数值,进而恢复退化图像。实验结果表明,本文方法复原效果好,速度较快。 展开更多
关键词 图像复原 气动光学效应 退化图像 优化估计
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针对气动光学效应的RANS计算方法研究 被引量:6
10
作者 闫溟 史可天 马汉东 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2013年第4期462-465,共4页
针对气动光学效应研究的特殊需求,发展了相应的RANS计算方法。首先对常规湍流模型进行评估,选出对平均密度空间分布预测较好的湍流模型;同时发展了光波折射率脉动值的输运方程,用以模化脉动密度对光学成像的畸变效应。针对一典型光学头... 针对气动光学效应研究的特殊需求,发展了相应的RANS计算方法。首先对常规湍流模型进行评估,选出对平均密度空间分布预测较好的湍流模型;同时发展了光波折射率脉动值的输运方程,用以模化脉动密度对光学成像的畸变效应。针对一典型光学头罩作为研究对象,运用本文发展的计算方法对光学窗口流场的气动光学效应进行了计算和分析。 展开更多
关键词 气动光学效应 湍流模式 湍流脉动
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大尺度结构对气动光学效应影响的实验研究 被引量:3
11
作者 甘才俊 李烺 +3 位作者 毛涛 熊红亮 马汉东 毕志献 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期32-36,共5页
为了深入研究细光束穿越可压缩混合层后光束畸变的机理,本文提出将双曝光CCD相机成像技术与纹影技术相结合进行流场与光束畸变的同步测量。利用纹影技术获得可压缩混合层密度梯度场特征,进而获得大尺度结构的密度梯度场分布;利用CCD相... 为了深入研究细光束穿越可压缩混合层后光束畸变的机理,本文提出将双曝光CCD相机成像技术与纹影技术相结合进行流场与光束畸变的同步测量。利用纹影技术获得可压缩混合层密度梯度场特征,进而获得大尺度结构的密度梯度场分布;利用CCD相机成像技术获取通过混合层后光束畸变特性;双曝光技术的引入可以得到大尺度结构的移动对细光束畸变的影响。实验研究结果表明:流场中大尺度结构的存在导致了光束的偏移和模糊,而这些大尺度结构的移动的确可以使经过它们的光束随之移动。 展开更多
关键词 可压缩混合层 大尺度结构 气动光学效应
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高速飞行器成像探测气动光学效应研究(特约) 被引量:9
12
作者 张丽琴 费锦东 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期220-224,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 高速飞行器 成像探测系统 气动光学效应
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高超音速导弹气动光学效应研究方法综述 被引量:21
13
作者 韩志平 殷兴良 《现代防御技术》 2003年第3期13-18,36,共7页
气动光学效应是高超音速导弹设计需要解决的关键技术。全面论述了气动光学效应的定量研究方法,包括:小孔径技术、统计方法、随机相位屏方法和涡动力学研究方法,指出了工程上广泛使用的统计方法的适用范围,建议使用大涡模拟方法进行气动... 气动光学效应是高超音速导弹设计需要解决的关键技术。全面论述了气动光学效应的定量研究方法,包括:小孔径技术、统计方法、随机相位屏方法和涡动力学研究方法,指出了工程上广泛使用的统计方法的适用范围,建议使用大涡模拟方法进行气动光学效应的数值仿真。 展开更多
关键词 高超音速导弹 气动光学效应 研究综述 红外成像导引头 光学传输效应 畸变图像 小孔径光束技术 湍流 光学调制传递函数 Sutton模型 LAMBDA代码 Lawson模型 波长尺度理论
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基于Sutton模型研究气动光学效应(英文) 被引量:2
14
作者 殷柯欣 姜会林 佟首峰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2007年第5期689-692,共4页
详细给出了基于Sutton模型分析气动光学效应的方法和步骤,研究的重点为亚音速机载光学平台,仿真的结果可以用于分析由于湍流边界层的影响而导致相干光束波前畸变的特性。结果表明随着马赫数的增大,Strehl比下降了52%,波前相差σΦ'... 详细给出了基于Sutton模型分析气动光学效应的方法和步骤,研究的重点为亚音速机载光学平台,仿真的结果可以用于分析由于湍流边界层的影响而导致相干光束波前畸变的特性。结果表明随着马赫数的增大,Strehl比下降了52%,波前相差σΦ'2增加了近375倍。当马赫数由0.2变化到0.6时,模糊角与光学衍射受限角之比θβ/θD增加了6%,而当马赫数从0.6增至1时,两者之比增加了近44%。 展开更多
关键词 气动光学效应 Sutton模型 湍流边界层 波前 密度波动 相位畸变 Streh1比
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压缩湍流剪切层-空腔流体气动光学效应的计算机仿真(英文) 被引量:2
15
作者 殷柯欣 姜会林 佟首峰 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期780-784,共5页
对亚音速机载光电系统由于剪切层-腔流体而导致的气动光学效应进行了数值模拟.剪切层内的压缩效应用对流马赫数0.8表示,腔体的几何形状为L/H=6.7,平均腔内温度为230K.应用商用CFD软件对这个非稳定二维流体进行了仿真.结果表明Strehl比... 对亚音速机载光电系统由于剪切层-腔流体而导致的气动光学效应进行了数值模拟.剪切层内的压缩效应用对流马赫数0.8表示,腔体的几何形状为L/H=6.7,平均腔内温度为230K.应用商用CFD软件对这个非稳定二维流体进行了仿真.结果表明Strehl比随着波长的增加而增大,但是模糊角却变得相对复杂.证明了波长效应并给出了优化的波长模型λ*=2πσt. 展开更多
关键词 气动光学效应 剪切层腔流体 光学像差 密度波动 波前偏差
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基于涡球模型的湍流气动光学效应预测方法 被引量:3
16
作者 史可天 马汉东 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期1401-1404,共4页
气动光学效应工程预测中通常采用的RANS方法无法提供流场涡结构的细节,因而难以模拟脉动结构对光学传输的影响。改进了一种基于涡球模型的随机相位屏方法,根据流场的统计平均特性在其中布置涡球,以模拟瞬态涡结构分布对气动光学的影响... 气动光学效应工程预测中通常采用的RANS方法无法提供流场涡结构的细节,因而难以模拟脉动结构对光学传输的影响。改进了一种基于涡球模型的随机相位屏方法,根据流场的统计平均特性在其中布置涡球,以模拟瞬态涡结构分布对气动光学的影响。改进的主要思路是建立涡球参数与流动统计特性之间的关联,应用涡球所在位置的密度脉动均方根值和脉动尺度确定涡球与周围流体的密度差和涡球的直径,避免了原有方法在脉动较弱的区域布置大尺度涡球的可能,更接近于物理实际。对可压缩剪切层流场光学畸变模拟的结果表明:改进后的随机相位屏方法得到的光学畸变程度与光强直接积分结果更为一致,相对原始方法,计算精度有明显的提高。 展开更多
关键词 气动光学效应 湍流 涡模型 成像畸变
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基于波面拟合的可压缩剪切层气动光学效应分析 被引量:1
17
作者 史可天 马汉东 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2013年第6期758-762,共5页
应用波面拟合技术建立了气动流场波面畸变特性分析方法,对可压缩剪切层流动引起的气动光学效应进行了分析。通过比较Zernike多项式展开系数的幅值分布,讨论了剪切层流动发展不同阶段的波面畸变空间尺度特性,与流场结构的空间尺度分布进... 应用波面拟合技术建立了气动流场波面畸变特性分析方法,对可压缩剪切层流动引起的气动光学效应进行了分析。通过比较Zernike多项式展开系数的幅值分布,讨论了剪切层流动发展不同阶段的波面畸变空间尺度特性,与流场结构的空间尺度分布进行了对比分析。研究结果表明,应用波面拟合方法可以定量地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是影响可压缩剪切层流场波面畸变的重要因素。 展开更多
关键词 气动光学效应 波面拟合 ZERNIKE多项式 像差
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气动光学效应校正技术初步分析 被引量:12
18
作者 费锦东 《红外与激光工程》 EI CSCD 1999年第5期10-12,16,共4页
为了对付空中新一代威胁,未来的防空导弹具有高速高加速、高精度光学探测和侧窗探测与控制等特点。文章分析了新一代防空导弹红外成像导引头侧窗探测气动光学效应产生的机理,并结合弹上末制导的特点,在对国内外文献综合分析的基础上... 为了对付空中新一代威胁,未来的防空导弹具有高速高加速、高精度光学探测和侧窗探测与控制等特点。文章分析了新一代防空导弹红外成像导引头侧窗探测气动光学效应产生的机理,并结合弹上末制导的特点,在对国内外文献综合分析的基础上,提出了气动光学效应校正技术途径,主要包括:焦面优化技术、自适应变帧频变积分时间的快速红外成像技术。 展开更多
关键词 气动光学效应 校正技术 红外成像制导 防空导弹
全文增补中
气动光学效应光电校正方法研究 被引量:9
19
作者 张丽琴 费锦东 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2004年第6期580-583,共4页
采用红外成像寻的精确制导体制的高速飞行器在大气中以高超音速飞行时,头罩周围的高温激波流场将产生气动光学效应,这种效应严重影响了导引头对目标的探测、识别与跟踪,必须对此采取措施进行校正。文中介绍了气动光学效应的光电校正方法... 采用红外成像寻的精确制导体制的高速飞行器在大气中以高超音速飞行时,头罩周围的高温激波流场将产生气动光学效应,这种效应严重影响了导引头对目标的探测、识别与跟踪,必须对此采取措施进行校正。文中介绍了气动光学效应的光电校正方法,包括基于波前检测与基于像清晰化校正以及高频微型光电子校正等自适应光学校正、图像帧频与帧积分时间自适应变化校正和光学与图像处理综合校正等方法,并对各种方法进行了比较分析。 展开更多
关键词 气动光学效应 光电校正方法 自适应光学 相位差异 校正
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气动光学效应校正中湍流流场控制方法 被引量:4
20
作者 李艳芳 韩志平 殷兴良 《现代防御技术》 北大核心 2005年第1期32-35,共4页
控制湍流流场是气动光学效应校正中的重要途径。叙述了湍流流场控制的 3种方法:壁面冷却、吸气和壁面形状的优化。在实际工程应用中,同时考虑这些方法,可以减小气动光学效应的影响。
关键词 湍流 控制 光学 校正 气动光学效应
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