[發明專利]一種模擬氣動光學效應的方法和系統

有效

• 申請號: 201310193486.0
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN103247210A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 董冰;胡新奇;宋杰;趙宏鳴;杜惠杰;虞紅
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;北京仿真中心
• 主分類號: G09B23/12
• 分類號: G09B23/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本申請涉及光學技術領域，更具體地，涉及一種模擬氣動光學效應的方法和系統。

背景技術

帶有光學成像探測制導系統的飛行器在大氣層內高速飛行時，光學窗口與來流之間形成復雜的流場，對光學成像探測系統造成熱輻射和圖像傳輸干擾，引起目標圖像的偏移，抖動和模糊，這種效應稱為氣動光學效應。

氣動光學效應給制導系統帶來不利影響，降低導引頭對目標的探測、跟蹤和識別能力，影響末制導精度。在研究如何克服氣動光學效應對制導系統成像探測的影響時，首先需要通過模擬氣動光學效應，獲得畸變圖像數據，然后再用圖像復原或其他校正方法改善圖像質量。

現有技術中利用計算機仿真，即通過計算機建立氣動光學效應的數學模型以及光學系統模型，進而獲得氣動光學效應影響下的畸變圖像。由于計算機仿真沒有包含實際光學系統和成像探測器，無法得到實際成像探測器的畸變圖像數據，不利于后續的畸變圖像復原研究。而且，氣動光學效應引起的波前誤差變化頻率較快，計算機仿真難以獲得動態波前誤差影響下的連續的畸變圖像。

發明內容

本發明實施例提出一種模擬氣動光學效應的方法，從而獲得氣動光學效應影響下的畸變圖像數據。

本發明實施例還提出一種模擬氣動光學效應的系統，從而獲得氣動光學效應影響下的畸變圖像數據。

本發明實施例的技術方案如下：

一種模擬氣動光學效應的方法，所述方法包括：

利用有限元分析方法對光學窗口進行熱學和力學分析得到有限元分析結果，根據有限元分析結果計算多幀波前誤差；

將當前幀波前誤差擬合為澤尼克Zernike多項式系數向量q；

根據q計算變形鏡各個致動器的控制電壓向量和傾斜鏡各個致動器的控制電壓向量；

變形鏡的致動器根據變形鏡的控制電壓進行調整以產生波前誤差中的高階像差，傾斜鏡的致動器根據傾斜鏡的控制電壓進行調整以產生波前誤差中的波前傾斜，然后采集并保存成像探測器上的畸變圖像，再次根據當前幀的波前誤差擬合q。

所述將當前幀波前誤差擬合為Zernike多項式系數向量q包括：根據Zernike多項式的廣義逆矩陣與當前幀波前誤差的乘積確定q。

所述根據Zernike多項式的廣義逆矩陣與當前幀波前誤差的乘積確定q包括：

采用奇異值分解法、正則方程法或豪斯霍爾德Householder變換法，根據Zernike多項式的廣義逆矩陣與當前幀波前誤差的乘積確定q。

所述根據q計算變形鏡各個致動器的控制電壓向量和傾斜鏡各個致動器的控制電壓向量包括：

采用奇異值分解法、正則方程法或Householder變換法，根據q計算變形鏡各個致動器的控制電壓向量和傾斜鏡各個致動器的控制電壓向量。

一種模擬氣動光學效應的系統，所述系統包括：光源、第一透鏡、變形鏡、第二透鏡、第三透鏡、傾斜鏡、第四透鏡和成像探測器；

光源發出的光通過第一透鏡準直后入射到變形鏡，變形鏡產生波前誤差中的高階像差；

從變形鏡出射光依次通過第二透鏡和第三透鏡，入射到傾斜鏡，傾斜鏡產生波前誤差中的波前傾斜；

傾斜鏡的出射光經第四透鏡成像到成像探測器中。

所述系統進一步包括第一反射鏡和第二反射鏡，

變形鏡的出射光經由第一反射鏡反射，依次通過第二透鏡和第三透鏡，經由第二反射鏡反射入射到傾斜鏡。

所述光源位于第一透鏡的前焦點上；所述變形鏡的中心位于第一透鏡的后焦點；

變形鏡位于第二透鏡的前焦面；

傾斜鏡位于第三透鏡的后焦面；

成像探測器位于第四透鏡的后焦面上。

所述變形鏡為壓電變形鏡、微機械薄膜變形鏡中的任意一種。

所述傾斜鏡為壓電傾斜鏡。

從上述技術方案中可以看出，在本發明實施例中利用有限元分析方法對光學窗口進行熱學和力學分析得到有限元分析結果，根據有限元分析結果計算在時間段內的多幀波前誤差；將當前幀波前誤差擬合為Zernike多項式系數向量q；根據q計算變形鏡各個致動器的控制電壓向量和傾斜鏡各個致動器的控制電壓向量；變形鏡的致動器根據變形鏡的控制電壓進行調整，傾斜鏡的致動器根據傾斜鏡的控制電壓進行調整，然后采集并保存成像探測器上的畸變圖像，再次根據當前幀的波前誤差擬合q。根據多幀波前誤差調整變形鏡和傾斜鏡，在成像探測器上就能夠獲得氣動光學效應影響下的畸變圖像數據。

附圖說明

圖1為模擬氣動光學效應的方法流程示意圖；