高速绕流对高超声速飞行器对地光学成像探测的影响研究

Hypersonic aircraft and its applications is the hot spot in the current domestic and international researches, and is also the forefront of the international science and technology development, which have a very important impact on national security and social development. High resolution optical imaging detection is one of the key supporting technologies in the practical applications of hypersonic aircrafts, and the research in this field will extremely enhance the effectiveness and expand the scope of the applications of hypersonic aircrafts. We will focus on the effects of hight-speed flow around the hypersonic aircraft in ground optical imaging detection, and mainly conduct research on the light transmission and imaging computational models and methods of the high-speed flow. The nonlinear degradation and local deformation in optical imaging with a large scope will be discussed, and the corresponding imaging degradation models will be established, and the imaging quality assessment will be also performed. This work will provide a theoretical basis and technical support to conduct hypersonic aircraft ground optical imaging detection. Our work is an important exploration of the feasibility and effectiveness to the ground optical imaging detection of hypersonic aircrafts. And the research results will greatly promote the hypersonic aircraft technology and its applications of our country in theory and practice.

高超声速飞行器及其应用技术是当前国际和国内的研究热点，也是国际科学技术领域发展的前沿，对国家安全和社会发展都有着极为重要的影响。高精度、高分辨率对地光学成像探测是高超声速飞行器应用中的关键支撑技术之一，在该领域的研究工作对扩展高超声速飞行器的应用范围、提升其使用效能具有极为重要的意义。 本项目拟围绕高速绕流对高超声速飞行器对地光学成像探测的影响问题，重点研究大视场条件下的高速绕流光传输及成像的计算模型和计算方法，分析大视场成像中存在的非线性退化和局部非线性扭曲和形变问题，建立相应的成像退化模型，并完成对成像质量评估方法的研究，为实现高超声飞行器高分辨率对地光学成像探测提供理论依据和技术支持。 本项目是对高超声速飞行器对地光学成像探测可行性和有效性的重要探索，相关的研究成果对推进我国高超声速飞行器及其应用技术的发展，具有重要的理论意义和实际应用价值。

高超声速飞行器及其应用技术是当前国际和国内的研究热点，也是国际科学技术领域发展的前沿，对国家安全和社会发展都有着极为重要的影响。高精度、高分辨率对地光学成像探测是高超声速飞行器应用中的关键支撑技术之一，在该领域的研究工作对扩展高超声速飞行器的应用范围、提升其使用效能具有极为重要的意义。. 本项目围绕高速绕流对高超声速飞行器对地光学成像探测的影响问题，针对大视场条件下的高速绕流光传输及成像的特点，研究了高超声速流场数值模拟、流场光传输计算、三维非均匀折射率场重建、退化图像质量评价、气动光学效应仿真系统开发等关键技术问题，主要取得了以下研究成果：. (1) 针对典型的高超声速目标，完成了不同飞行高度、速度和攻角的高超声速目标绕流场数值模拟，分析了绕流场温度、压力、密度等参数随飞行高度、速度和攻角的变化规律。. (2) 针对高超声速流场的折射率分布的非均匀性和时变化，提出了基于光场成像的三维非均匀折射率场重建算法，可以实现对高超声速流场折射率的实时测量。. (3) 针对高超声速绕流场折射率分布的非均匀性，提出了基于龙格-库塔法的光线追迹方法和基于蒙特卡洛法的传光效率计算模型，有效解决了高超声速流场的光传输计算问题。. (4) 针对流场光传输计算需要进行大量的光线和光子追迹，提出了基于GPU的光传输并行计算方法，大提高了流场光传输计算的速度。. (5) 针对流场光传输效应对光学成像的非线性影响，建立了基于广义点扩散函数的光传输退化模型。. (6) 系统分析了气动光学效应对图像信噪比、空间分辨力、场景畸变和制导精度等方面的综合影响，提出了较为完善的气动光学效应退化图像像质评价指标体系。. (7) 开发了气动光学效应仿真软件，能够对高超声速飞行器气动光学效应进行全过程模拟，并已进行了实际工程应用。. 本项目研究是对高超声速飞行器对地光学成像探测技术的重要探索，相关的研究成果对推进我国高超声速飞行器应用技术的发展，具有重要理论意义和实际应用价值。