[发明专利]一种模拟气动光学效应的方法和系统

说明书

技术领域

本申请涉及光学技术领域，更具体地，涉及一种模拟气动光学效应的方法和系统。

背景技术

带有光学成像探测制导系统的飞行器在大气层内高速飞行时，光学窗口与来流之间形成复杂的流场，对光学成像探测系统造成热辐射和图像传输干扰，引起目标图像的偏移，抖动和模糊，这种效应称为气动光学效应。

气动光学效应给制导系统带来不利影响，降低导引头对目标的探测、跟踪和识别能力，影响末制导精度。在研究如何克服气动光学效应对制导系统成像探测的影响时，首先需要通过模拟气动光学效应，获得畸变图像数据，然后再用图像复原或其他校正方法改善图像质量。

现有技术中利用计算机仿真，即通过计算机建立气动光学效应的数学模型以及光学系统模型，进而获得气动光学效应影响下的畸变图像。由于计算机仿真没有包含实际光学系统和成像探测器，无法得到实际成像探测器的畸变图像数据，不利于后续的畸变图像复原研究。而且，气动光学效应引起的波前误差变化频率较快，计算机仿真难以获得动态波前误差影响下的连续的畸变图像。

发明内容

本发明实施例提出一种模拟气动光学效应的方法，从而获得气动光学效应影响下的畸变图像数据。

本发明实施例还提出一种模拟气动光学效应的系统，从而获得气动光学效应影响下的畸变图像数据。

本发明实施例的技术方案如下：

一种模拟气动光学效应的方法，所述方法包括：

利用有限元分析方法对光学窗口进行热学和力学分析得到有限元分析结果，根据有限元分析结果计算多帧波前误差；

将当前帧波前误差拟合为泽尼克Zernike多项式系数向量q；

根据q计算变形镜各个致动器的控制电压向量和倾斜镜各个致动器的控制电压向量；

变形镜的致动器根据变形镜的控制电压进行调整以产生波前误差中的高阶像差，倾斜镜的致动器根据倾斜镜的控制电压进行调整以产生波前误差中的波前倾斜，然后采集并保存成像探测器上的畸变图像，再次根据当前帧的波前误差拟合q。

所述将当前帧波前误差拟合为Zernike多项式系数向量q包括：根据Zernike多项式的广义逆矩阵与当前帧波前误差的乘积确定q。

所述根据Zernike多项式的广义逆矩阵与当前帧波前误差的乘积确定q包括：

采用奇异值分解法、正则方程法或豪斯霍尔德Householder变换法，根据Zernike多项式的广义逆矩阵与当前帧波前误差的乘积确定q。

所述根据q计算变形镜各个致动器的控制电压向量和倾斜镜各个致动器的控制电压向量包括：

采用奇异值分解法、正则方程法或Householder变换法，根据q计算变形镜各个致动器的控制电压向量和倾斜镜各个致动器的控制电压向量。

一种模拟气动光学效应的系统，所述系统包括：光源、第一透镜、变形镜、第二透镜、第三透镜、倾斜镜、第四透镜和成像探测器；

光源发出的光通过第一透镜准直后入射到变形镜，变形镜产生波前误差中的高阶像差；

从变形镜出射光依次通过第二透镜和第三透镜，入射到倾斜镜，倾斜镜产生波前误差中的波前倾斜；

倾斜镜的出射光经第四透镜成像到成像探测器中。

所述系统进一步包括第一反射镜和第二反射镜，

变形镜的出射光经由第一反射镜反射，依次通过第二透镜和第三透镜，经由第二反射镜反射入射到倾斜镜。

所述光源位于第一透镜的前焦点上；所述变形镜的中心位于第一透镜的后焦点；

变形镜位于第二透镜的前焦面；

倾斜镜位于第三透镜的后焦面；

成像探测器位于第四透镜的后焦面上。

所述变形镜为压电变形镜、微机械薄膜变形镜中的任意一种。

所述倾斜镜为压电倾斜镜。

从上述技术方案中可以看出，在本发明实施例中利用有限元分析方法对光学窗口进行热学和力学分析得到有限元分析结果，根据有限元分析结果计算在时间段内的多帧波前误差；将当前帧波前误差拟合为Zernike多项式系数向量q；根据q计算变形镜各个致动器的控制电压向量和倾斜镜各个致动器的控制电压向量；变形镜的致动器根据变形镜的控制电压进行调整，倾斜镜的致动器根据倾斜镜的控制电压进行调整，然后采集并保存成像探测器上的畸变图像，再次根据当前帧的波前误差拟合q。根据多帧波前误差调整变形镜和倾斜镜，在成像探测器上就能够获得气动光学效应影响下的畸变图像数据。

附图说明

图1为模拟气动光学效应的方法流程示意图；