题目：高超声速飞行器星光传输特性研究

 

星光自主导航是基于星敏感器的一种天文导航系统，将星光导航技术应用到高超声速飞行器中，由于在星敏感器安装窗口周围会形成激波、湍流边界层、剪切层等复杂流场，密度梯度、折射率梯度剧烈变化，当星光穿过这种复杂流场时，CCD星图成像出现畸变，集中体现出星光传输的偏折特性和能量耗散特性。

本文以高超声速飞行器为研究对象，首先采用基于k-ω/SST两方程湍流模型的雷诺平均法计算星敏感器安装在飞行器不同位置处（头部、中部和尾部）的流场密度分布，包括时均流场和脉动流场，从而得到流场的空间折射率分布，为研究星光在高超声速流场中的传输特性提供流场数据模型。

星光偏折特性，即星光经过流场后偏离了原来传输的路径。提出了仅与流场性质有关的偏折因子，用来衡量星光传输偏折程度，对时均流场和脉动流场偏折因子进行分析，给出了星光偏折程度的综合评价。对不同来流马赫数、星光入射角度、星光波长等条件进行仿真实验，得到了不同流场状态下星光偏折程度综合评价。

对高超声速流场进行结构分解得到相干结构和非相干结构，分解的正交性表明流场结构中的不同成分对于星图畸变产生的作用可以单独进行分析与处理。通过研究流场中不同结构对星光传输的光程差造成的影响，发现流场中的相干结构造成的光程差基本捕捉到了原流场导致的气动光学畸变，并且具有明显的特征和可建模的规律，流场中的非相干结构造成的光程差基本上满足正态概率分布。

对星光在高超声速流场中传输时能量耗散进行分析与研究，以星图仿真成像表现星光在时均和脉动流场中传输的能量耗散程度，并且通过仿真得到了星图畸变图。通过与原始清晰星图对比，分析了时均流场和脉动流场对星图畸变各自的影响。

本文研究星光在高超声速流场中的传输特性，定性、定量地分析气动光学效应对星光导航的影响，并将最终的结果呈现在星敏感器星图成像上，可以为星图预处理提供理论基础，揭示星光传输的传输机理，从而增强星图匹配的成功率，减小获取导航星信息误差，从而拓展星光导航方法应用领域，将星光导航方法应用到高超声速飞行器中有了理论依据。