● 摘要
装载有光学成像探测系统的导弹在大气层内高速飞行时，头罩与来流之间发生剧烈的相互作用，形成复杂的流场，这将对该系统的工作性能造成一系列有害的影响，称为气动光学效应。当装载有光学成像探测系统的导弹在大气层内高速飞行时，该效应是该导弹能够实现正常工作，准确的探测、识别、跟踪目标，并精确的命中目标的关键性的技术瓶颈之一。因而，气动光学是国内、外研究者广泛研究的一个热点的领域。
本论文将主要从以下4个方面展开研究：
1.构造了新颖的、与真实物理过程能基本吻合的物理模型，来研究激波介质热辐射对弹载红外成像系统在探测性能方面的影响。在该物理模型中，选择箱带模型来表征激波流场的辐射特征，使该物理模型能同时满足计算精度以及计算量的需求。将几何光学、气体辐射与辐射传输理论有机结合，计算得到激波辐射通过镜头在探测器阵列上形成的光子辐射照度。计算了激波对目标辐射的吸收特征。经研究，发现：激波对目标辐射的吸收作用很小，可以忽略。当马赫数不变，高度增大时，上述光子辐射照度将减小，从而成像系统的探测SNR将增大。当高度不变，马赫数增大时，上述光子辐射照度将增大，从而成像系统的探测SNR将减小。还对这些变化规律相关的原因进行了深入的分析。
2.对前面建立的用于分析“激波热辐射对成像系统在探测性能方面的影响”的物理模型，进行改进，得到新的物理模型。基于该物理模型探讨、提出抑制上述影响的技术途径。在该物理模型中，选用SLG模型表征激波介质的热辐射性质。对于成像系统，分别设置3个波长宽度相同、但位置不同的工作波段。经研究，发现：分别对于6组激波流场数据，对于这3个工作波段，激波热辐射通过镜头在探测器阵列上形成的光子辐射照度均是依次减小的。在该条件下，成像系统的目标探测的SNR均是依次增大的。这说明：改变成像系统的工作波段可以有效的减小、抑制激波热辐射对其在目标探测的性能方面的影响。并且该结论对于不同高度、不同马赫数具有一定程度的普遍意义。
3.提出新颖的评价指标来描述、研究扩展源的平均密度场的光传输成像特征。当某个扩展源与某个弹载成像系统相距较近时，用光线追迹和傅立叶光学研究该扩展源的平均密度场的光传输成像特征。采用两个新颖的指标，即综合偏移指标（TI）、综合模糊指标（BI）分别描述扩展源成像的总体偏移、模糊情况。研究发现：当扩展源和成像系统的相对位置不变，当某一组流场数据被选定，当平均密度场相对成像系统分别沿流向、展向、光轴方向平移时，上述两个指标均会发生变化。并且在这三种情况下，这两个指标的变化情况各不相同。当扩展源、平均密度场和成像系统的相对位置固定不变时，而高度、马赫数变化时，研究了扩展源成像的总体特征的变化情况。此时，发现：当高度不变，而马赫数增大时，TI将增大，BI将减小。此时，还发现：当马赫数不变，而高度增大时，TI将减小，BI将增大。对上述现象的原因进行了深入的分析。
4.系统的研究了全密度场的光传输成像的特征，并提出了两个新颖的指标分别描述全密度场的光传输成像的像抖动以及像模糊的特征。基于蒙特卡洛法，将全密度场在一个帧积分时间内的光传输成像等效为多个瞬时密度场的光传输成像的迭加。采用“全密度场对应的平均密度场在光传输成像时的质心偏移角”来描述全密度场在光传输成像时的像偏移的程度。讨论了该评价指标随高度、马赫数的变化规律。提出“多个连续的帧积分周期内，全密度场在光传输成像时产生的质心脉动角的绝对值关于帧数的平均值”这个新颖的评价指标。用该指标来描述全密度场在光传输成像时的像抖动的程度。还提出了“多个连续的帧积分周期内，全密度场在光传输成像时产生的能量分布宽度（EDW）关于帧数的平均值”这个新颖的指标。用该指标来描述全密度场在光传输成像时的像模糊的程度。并且分析了高度、马赫数以及帧积分时间分别发生变化，引起这2个评价指标分别产生变化的规律。
本论文中所开展的4项研究工作，要么在建立的物理模型的整体上具有创新性，要么在提出的算法中的局部具有新颖性。本论文中所开展的4项研究工作，能够在一定程度上，客观的描述它们各自对应的真实的物理现象。因而，本论文中的研究工作具有一定的理论意义。