气动热环境下高速飞行器光学头罩光传输分析

万方数据
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范志刚等：气动热环境下高速飞行器光学头罩光传输分析．６１．
Ｋ－。

，弹光系数ｐｌｌ＝Ｏ．０９１，ｐ１２＝一Ｏ．０１，ｐ“＝０．
０７５。

ＺｎＳ晶体物性参数：导热系数为１８ｗ／（ｍ·
Ｋ），比热容为４８５Ｊ／（ｋｇ·Ｋ），密度为４０３０ｋ∥
ｍ３，弹性模量为７４ＧＰａ，热膨胀率为７ｘ１０却Ｋ～，
泊松比为０．３７，屈服强度为１０５ＭＰａ，切变弹性模
量为２７ＭＰａ，断裂强度为１００ＭＰａ。

头罩初始温度为５０℃，应力分析参考温度为２０℃，时间步长为１ｓ，工作时间为１５ｓ。

头罩外气动压力为１ＭＰａ，内侧气压为０．１ＭＰａ。

建立头罩在气动热环境下有限元模型，采用热一结构耦合分析，得到了头罩在气动热环境下温度场、应力应变场和形变场，根据热光效应和弹光效应的原理，得到头罩在气动热环境下折射率场分布。

头罩外侧面中心点折射率改变量随工作时间变化情况如表１所示。

表１不同工作时刻头罩外侧面中心点折射率改变量
由表ｌ可知，１５ｓ后，头罩外侧面中心点由热光效应引起的折射率改变量△ｎ。

约为１．２２×１０～，由弹光效应引起的三个主轴方向折射率改变量△，ｌ。

，△ｎ。

和△，ｌ。

分别约为１．０７×１０一，一８．９ｌ×１０。

５和１．０７×１０一。

弹光效应引起的折射率改变量最大值约为热光效应引起的折射率改变量的０．８７％。

因此，气动热环境下热光效应对头罩折射率场的影响远比弹光效应大。

３．２头罩内红外辐射光线传输仿真
头罩光学系统口径为１２０ｍｍ，焦距为２５０ｍｍ，工作波长Ａ为８斗ｍ，光线垂直入射（入射角为Ｏ。

）到头罩上，对气动热环境下头罩内传输的红外辐射光线进行光线追迹，得到气动光学头罩出射畸变波面以及相应的点扩散函数和调制传递函数如图２～４所示。

由图２可知，出射畸变波面峰一谷波前误差约为３．８５Ａ（０．０３０８ｍｍ），均方根波前误差为１．６０Ａ（０．０１２８ｍｍ）。

由图３可知，点扩散函数中心峰周围出现了一些次级蜂，点扩散函数与衍射极限情况下的冲激函数相比，出现了失真。

由图４可知，由于头罩气动光学传输效应的影响，头罩光学系统的调制传递函数与衍射极限情况下的调制传递函数相比出现了下降。

图２入射角为０。

时出射畸变波面
量
图３入射角为０。

时点扩散函数
预ｌｐ，∞）
图４入射角为Ｏ。

时调制传递函数
４结论
通过以上分析和数值仿真可以得知，为了分析气动热环境下光学头罩内红外辐射光线的传输，获得头罩内红外辐射光线传输的光程差是关键，建立气动热环境下光学头罩有限元模型以及相应的光线追迹方法是可行的，根据光线经过头罩传输后的畸变波前获得头罩光学系统的光学评价函数对分析气动热环境下头罩光学系统的成像质量具有一定的参考价值。

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（下转第６４页）
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．６４．航空兵器２０１０年第５期
０
ｏＱｌ岛２幺
图４ｍ与Ｑ的变化关系图
４实验结果
Ｑ
仿真实验时，为了避免算法过于复杂，选择滤波模板分为三类，它们分别为保持模板（ｍ＝０），传统高斯模板（ｍ＝０．２５）和ＢＯｘ模板…（ｍ＝１）；通过对１００幅图像的滤波处理和统计计算，对应的Ｑ值范围分别为Ｑ。

（０，３０），Ｑ：（３０，８０），Ｑ，（８０，２５５）。

用自适应滤波算法对加入高斯和椒盐噪声的细菌图片进行滤波，处理结果令人满意，自适应滤
图５不同去噪算法的滤波效果图波图像纹理更细腻，图像边缘未被模糊化。

处理后的图像清晰可辨，在视觉效果上比单一模板的算法好。

采用自适应模板进行滤波，对图像边缘有保护作用。

图５中图像为截取的滤波效果图。

５结论
本文采用的自适应滤波算法对椒盐噪声和随机值脉冲噪声处理效果最佳，滤波模板的选择建立在分析当前图像的像素特征基础上，而不是一般的平滑处理，尤其对图像的边缘还具有保护作用。

算法的局限在于Ｑ值的选择建立在对部分图像的统计分析之上，需要在这方面做进一步的理论分析和数据统计工作。

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５５２．万方数据
气动热环境下高速飞行器光学头罩光传输分析
作者：范志刚， 肖昊苏， 李辉， 潘国庆， 李福巍， FAN Zhi-gang， XIAO Hao-su， LI Hui ， PAN Guo-qing， LI Fu-wei
作者单位：范志刚,肖昊苏,李辉,FAN Zhi-gang,XIAO Hao-su,LI Hui(哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心,哈尔滨,150001)， 潘国庆,李福巍,PAN Guo-qing,LI Fu-wei(中国空空导弹研究院
,河南,洛阳,471009)
刊名：
航空兵器
英文刊名：AERO WEAPONRY
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