1 天津理工大学 电气工程与自动化学院 天津市复杂系统控制理论与应用重点实验室，天津 300384
2 北京电子工程总体研究所，北京 100039
3 中山大学 智能工程学院，广东 深圳 518107
飞行器在高速飞行过程中，头部产生湍流流场，该流场使机载光学系统接收的目标图像发生偏移、模糊和抖动，这种气体流场对光学传播和光学成像的影响或作用称为气动光学效应。文中研究了典型钝头飞行器在不同高度对0°~15°攻角气动光学成像偏移的影响。使用软件对一种典型的钝头飞行器进行了建模和网格划分，基于计算流体力学使用Fluent作了大量的模拟计算，获得了飞行器不同工况下的周围的流场密度。通过密度和折射率的对应关系，得到了飞行器周围相应的折射率分布。使用反向光线追迹和停止准则，获得了成像偏移数据。结果表明：随着高度的增加，飞行器周围的大气密度减小。尽管不同高度的光线传播路径折射率分布图有着相同的变化趋势，但却有着不一样的变化程度。高度越大，光线传播路径上的折射率分布越平坦，成像偏移越小。从成像偏移斜率来看，随着高度的增加，成像偏移斜率越接近于0；随着攻角的增加，成像偏移斜率在往0的负方向增大。从成像偏移斜率的角度分析，低高度和大攻角都会引起较大的成像偏移值的变化。
气动光学 瞄视误差 攻角 成像偏移 aero-optics sight error angle of attack imaging deviation 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220671
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
为校正共形光学窗口引入的随扫描视角变化而变化的动态瞄视误差，提出基于倾斜光学元件的瞄视误差校正。建立共形光学窗口的瞄视误差模型，并分析计算共形光学窗口引入的动态瞄视误差。阐明利用倾斜光学元件校正共形光学窗口瞄视误差的原理，并通过在共形光学窗口后加入倾斜的球面透镜予以证明。给出一个设计实例，通过将校正共形光学窗口像差的校正元件倾斜，实现共形光学窗口的瞄视误差校正，且并未影响共形光学窗口像差的校正。
光学设计 共形光学 光学窗口 瞄视误差 倾斜
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
共形光学导引头中采用了大量的二次曲面和非球面，共形光学系统不具备点对称特性，导致导引头随目标视场的变化而产生瞄视误差。分析了共形光学系统瞄视误差的产生机理，利用光线追迹法，得到了0°~20°的目标视场中瞄视误差的仿真结果，计算出瞄视误差与目标视场的相关系数为0.9932。利用模板相关匹配法测试了共形红外导引头的瞄视误差，拟合了导引头瞄视误差的二次曲线，对比得到仿真数据的相对误差为5.02%。利用一元非线性回归分析法建立了误差修正公式，误差修正后的导引头的瞄视误差小于30 μm，跟踪精度提高至±1 pixel，可以满足导引头伺服控制系统的精度要求。实验结果为共形光学系统的设计和优化提供了部分依据。
测量 共形光学 误差分析 误差修正 瞄视误差 目标视场
1 中国空气动力研究与发展中心, 四川 绵阳 621000
2 试验物理与计算数学国家级重点实验室, 北京 100076
研究红外光线经过高速流场时由于折射产生的瞄视误差(BSE)，对于红外末制导拦截弹的命中精度有重要意义。考虑高温真实气体效应，求解热化学非平衡Navier-Stokes (N-S)方程得到导引头的流场，采用光线追迹的方法，对红外光线经过流场后到达导引头光学窗口的瞄视误差进行了计算分析，研究了光线入射角、飞行马赫数、攻角、高度及红外导引头外形对瞄视误差的影响。
气动光学 光学窗口 高速流场 光线追迹 瞄视误差
