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湍流场的光学传输效应国内外研究现状

时间:2019-01-24 22:01来源:毕业论文
对湍流的研究可以从不同的角度出发,这些多角度的研究方法也极大地促进了气动光学的发展。从大的方面来说,湍流的研究有两个出发点,一个是出其基本原理出发,即研究湍流场的

对湍流的研究可以从不同的角度出发,这些多角度的研究方法也极大地促进了气动光学的发展。从大的方面来说,湍流的研究有两个出发点,一个是出其基本原理出发,即研究湍流场的各种参数的分布情况,如它的密度、气压的变化状况。因为折射率是光学领域中比较重要的一个参量,所以一般我们都会根据折射率与这些参量之间的关系得出折射率场,进而根据折射率场来分析湍流的光学传输效应;另一种方法是从湍流场引起的一些光学现象着手,通过一些气动光学试验测量得出数据,根据这些数据分析湍流可能存在的影响光学参量的机理,总结出它的一些具有普遍意义的统计特点,进而建立湍流退化图像的模型。以上两种方法各有其优点和缺点。第一种方法从湍流的根源出发,研究它的形成机理、结构参数分布,形成了气动光学理论体系,但研究内容较为复杂,成果周期比较漫长。第二中研究方法只需搭建模拟平台进行试验即可得到研究数据,据此总结出湍流场传输机理,形成一系列气动光学试验测量方法。但此方法耗资巨大,而且所有结论都是从试验中得来的经验数据,精确度和可信度不如前者高。也正是因为两种方法各有千秋,所以两者可以优势互补,前者可为后者进行理论指导,后者可为前者提供实验数据,两者相辅相成,共同促进了气动光学的发展。
对湍流场的光学传输效应的计算也可以分为几种方法。第一种方法是光线追迹法,就是把湍流场的折射率分布离散化,形成一层一层的折射率分布,每一层的折射率相同。这样就可以根据几何光学中的折射率公式研究从物体发出的光线经过湍流场的传输路径。由于湍流场折射率分布相当不均匀,故此方法不能直接使用,需要做一些改进措施。第二种方法是物理光学法,它引入相位差的概念,通过计算不同光线经过光瞳传输后产生的相位差,结合傅里叶变换等数学处理过程,推导得出整个成像系统的点扩散函数(PSF)和光学传递函数(OTF)。第三种方法是波动光学方法,它引入光的波动方程,通过研究波前从一个面传播到另一个面的过程中波动方程的变化,得到点扩散函数和光学传递函数。第四种方法是统计光学方法,从概率统计学的角度出发,结合研究过程中获得一些实验数据推导出光学传输的带有经验性的公式,进而建立湍流传输模型[1]。33021
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殷兴良等[2-4]人在国内进行了早期的气动光学方面理论的研究,他从气动光学的理论基础(包括数学基础、计算流体力学概论和波动理论等)开始研究,进而深入到研究气动光学效应的描述方法,剖析了高速流场中光波传输的规律以及它对成像质量的影响,最后还给出了校正图像的方法。他的理论研究也说明了湍流是引起气动光学效应的一个主要因素,是气动光学研究中的比较难研究的问题。
韩志平[5,6]采用大涡模拟的方法,利用改进的有限体积 MacCormack格式,使它在时间上为二精度、空间上为四精度。在此基础上根据电磁场波动理论以及傅里叶变换的相关知识,研究了湍流场中光学传输效应的规律,推导出了一些计算公式,如点扩散函数公式、图强光强度公式。依据这些公式,他进一步用计算机进行数值仿真,揭示了湍流场退化图像的规律。 论文网
刘纯胜,张天序等[7]仔细研究了湍流场的经典方程N-S方程,利用数值仿真软件对湍流场的结构参数分布进行了模拟。并且给出了湍流场光学传输效应的仿真效果图。还研究了无规律变折射率场的表示方法。为了能够计算光线在变折射率场中的传输路径,必须将其离散化而又能保证较高的精度,采用自适应网格进行划分,给出了划分折射率的判断依据[8]。 湍流场的光学传输效应国内外研究现状:http://www.lwfree.cn/yanjiu/20190124/29865.html
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