成像制導(dǎo)中氣動光學(xué)畸變測量及圖像校正方法研究.pdf

1、飛行器在高超聲速條件下采用成像制導(dǎo)時(shí)，飛行器與來流作用引起的氣動光學(xué)效應(yīng)是制約成像末制導(dǎo)精度的首要因素，氣動光學(xué)效應(yīng)的核心影響又表現(xiàn)為對目標(biāo)光傳輸?shù)挠绊?，受到影響的光波面?jīng)過成像系統(tǒng)成像為失真的目標(biāo)圖像從而降低制導(dǎo)精度，因此研究氣動光學(xué)效應(yīng)中光傳輸影響的大小—即波前畸變測量以及運(yùn)用測量的畸變波前結(jié)果對目標(biāo)圖像進(jìn)行校正對成像制導(dǎo)精度的提高具有重要意義。本文采用了實(shí)驗(yàn)的研究方法對波前畸變的測量進(jìn)行研究，完善了一種新型的波前測量傳感器—BOS

2、-WS(BOS-based Wavefront Sensor)，對該方法進(jìn)行了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；提出了一種結(jié)合實(shí)驗(yàn)氣動光學(xué)失真圖像的校正理論，并結(jié)合畸變波前測量的特點(diǎn)提出了一種幾何光學(xué)傳遞函數(shù)的計(jì)算方法，運(yùn)用基于光學(xué)傳遞函數(shù)校正方法對畸變目標(biāo)圖像進(jìn)行校正；最后利用BOS-WS測量的畸變波前差分得到偏移矩陣，并結(jié)合數(shù)字圖像校正方法對失真圖像進(jìn)行了校正。
　　本文首先介紹了成像制導(dǎo)氣動光學(xué)效應(yīng)研究的基本內(nèi)容、波前畸變測量方法和圖像校正基本方

3、法：介紹了目前國內(nèi)外使用的進(jìn)行氣動光學(xué)效應(yīng)畸變波前測量的傳感器和對退化目標(biāo)圖像進(jìn)行校正的基本理論和校正方法，并分析了波前測量方法和圖像校正方法的研究現(xiàn)狀。
　　其次，本文介紹了運(yùn)用成像制導(dǎo)中氣動光學(xué)效應(yīng)波前測量的研究設(shè)備。介紹了一種低噪聲風(fēng)洞設(shè)備，并針對其流場參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。詳細(xì)地介紹了基于納米粒子的平面激光散射技術(shù)（Nano-tracer Planar Laser Scattering，NPLS），這是一種超聲速流場精細(xì)結(jié)

4、構(gòu)測試技術(shù)，可用于顯示不同流場結(jié)構(gòu)對于光傳輸?shù)挠绊?，同時(shí)也可用該系統(tǒng)的NPLS-WT(NPLS-baesd Wavefront Technique)技術(shù)測量流場波前，并與本文重點(diǎn)研究的波前測量技術(shù)進(jìn)行對比。對一種新型的波前測量技術(shù)—基于BOS(Backgroud Oriented Schlieren)波前傳感器（BOS-WS）進(jìn)行了理論推導(dǎo)，并就其布局參數(shù)進(jìn)行了歸一化，使其布局更加規(guī)范化并且易于操作；然后針對BOS-WS兩種不同模式的靈

5、敏度和空間粉率的相互關(guān)系以及對誤差的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，使用BOS-WS系統(tǒng)進(jìn)行波前測量時(shí)需要結(jié)合被測物的折射率梯度選擇合適的布局參數(shù)以使誤差最小化。
　　再次，針對退化圖像的校正提出了兩種校正方法：1）基于光學(xué)傳遞函數(shù)的濾波圖像校正方法。構(gòu)建了基于光學(xué)傳遞函數(shù)的圖像濾波理論基礎(chǔ)，利用 BOS-WS波前傳感器的測量特點(diǎn)提出了一種能快速計(jì)算系統(tǒng)幾何光學(xué)傳遞函數(shù)的計(jì)算方法，同時(shí)利用重構(gòu)的波前計(jì)算了波動光學(xué)傳遞函數(shù)。最后利用計(jì)