【技术实现步骤摘要】
一种模拟高速流场中星光传输的气动光学效应的方法
本专利技术属于气动光学领域，涉及光线在飞行器高速绕流场内的传输模拟方法，具体是一种模拟高速流场中星光传输的气动光学效应的方法。
技术介绍
随着高速和高超声速飞行器的快速发展，高精度的光学导航和制导技术成为关注的热点，其中天文导航和红外制导是典型的代表。但在高速流场中光学设备在接收入射的光线时会受到气动光学效应的干扰，使所成的像产生模糊效果。在地面试验中模拟这种气动光学效应并研究相应的图像补偿和复原方法是提升高速飞行器导航和制导精度的有效途径。目前气动光学效应的精确模拟需要飞行试验、风洞试验或高精度的计算流体力学(CFD)仿真，这些方法都需要高昂的试验成本。因此，开发一种简化的计算模型来模拟气动光学效应可以降低成本。湍流是引起气动光学效应的主要因素。目前的流体力学理论和实验均表明湍流是由不同尺度的涡构成的。因此，模拟湍流的涡结构是模拟气动光学效应的关键。用人工放置的气体涡结构来模拟湍流中的涡结构是一种降低气动光学效应模拟复杂度的方法。美国学者最早提出了一种用随机放置的气体球涡来模拟湍流密度脉动的方法，见文献[1]：一种...
【技术保护点】
1.一种模拟高速流场中星光传输的气动光学效应的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、设定待模拟的湍流边界层流场的区域范围；定义待模拟的湍流边界层流场所在区域的光学窗坐标系OXYZ，坐标原点O位于光学窗上表面的中心，X轴正向为流向，Z轴垂直于光学窗表面指向飞行器壳体外侧，Y轴与X轴和Z轴构成右手坐标系；步骤二、设定气体椭球的控制参数；控制参数包括椭球的数量knum、位置、尺度、倾角、扁率和内外密度；步骤三、在设定的区域范围内按位置控制参数定义的概率密度随机生成若干椭球体，再按照气体椭球的其余控制参数给每个椭球面所包含的空间范围赋予密度值，形成人工密度场；具体步骤如下：步骤3...
【技术特征摘要】
1.一种模拟高速流场中星光传输的气动光学效应的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、设定待模拟的湍流边界层流场的区域范围；定义待模拟的湍流边界层流场所在区域的光学窗坐标系OXYZ，坐标原点O位于光学窗上表面的中心，X轴正向为流向，Z轴垂直于光学窗表面指向飞行器壳体外侧，Y轴与X轴和Z轴构成右手坐标系；步骤二、设定气体椭球的控制参数；控制参数包括椭球的数量knum、位置、尺度、倾角、扁率和内外密度；步骤三、在设定的区域范围内按位置控制参数定义的概率密度随机生成若干椭球体，再按照气体椭球的其余控制参数给每个椭球面所包含的空间范围赋予密度值，形成人工密度场；具体步骤如下：步骤301、在气体椭球数量区间内随机选取一个整数，作为设定的区域范围内要放置总椭球体数量；步骤302、按照气体椭球位置坐标的概率分布生成的随机数，给每个椭球分配一个球心位置坐标；气体椭球位置X和Y坐标的概率分布是设定区域范围内的均匀分布，Z坐标的概率分布满足下式：P(zn)表示zn位置放置椭球体的概率；K是概率归一化系数；表示放置椭球体最多的高度；σ是分布的标准差，用于控制气体椭球在z方向分布的集中程度；步骤303、根据椭球体的球心位置坐标、长轴大小和倾角计算每个椭球面所包含的空间范围；步骤304、根据气体椭球内的密度表达式给每个椭球面所包含的空间坐标集合赋予密度值；气体椭球内的密度ρin表示为ρin＝(-1)NkρF(M,z)Λρ∞+ρ∞(2)其中，(-1)N是取1或-1的随机数，表示气体椭球内的密度可能高于或低于来流密度；kρ是气体椭球的密度控制参数，F(M,z)是马赫数影响因子，ρ∞为气体椭球外的密度；步骤四、使用光线追迹方法计算某一角度的入射光穿过人工密度场后的光程差，得到一张畸变波前快照；光程差定义为光线的传播距离s与传播路径上的折射率n的乘积；对于整个光路，光程差用每段路径的光程累加得到，即Δsi表示第i段路径的几何长度，传播距离共有k段；ni表示第i段路径的折射率，且ni与第i段路径上...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨博，樊子辰，于贺，杨航，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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