[发明专利]一种气动光学效应引起的星光偏折补偿方法

权利要求书

1.一种气动光学效应引起的星光偏折补偿方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、构建气动光学仿真环境，计算入射光受气动光学效应影响产生的偏折角，同时采集N个波前曲面；

步骤二、对N个波前曲面分别进行泽尼克模态分解，得到每个波前曲面的泽尼克模态系数；

首先，将每个波前曲面数据分为如下组分：

OPD(x,y,t)＝OPD_steady+A(t)x+B(t)y+OPD_high-order

其中，OPD_steady是稳态常值分量；A(t)x是X方向的倾斜分量，A(t)是X方向的倾斜分量系数；B(t)y是Y方向的倾斜分量，B(t)是Y方向的倾斜分量系数，OPD_high-order是高阶畸变波前曲面分量，满足

其中，M是波前曲面分解出的最大泽尼克模态数，z_i是第i阶泽尼克模态的系数；是第i阶泽尼克模态的函数；

步骤三、将每个波前曲面的泽尼克模态中，去除表示稳态的常值分量，以及表示X、Y方向的倾斜分量和系数，保留剩余的高阶畸变波前曲面的系数；

步骤四、使用支持向量机SVM拟合技术，以N个高阶畸变波前曲面的系数作为输入，以入射光受气动光学效应影响产生的偏折角作为输出，分别训练两个SVM拟合模型；

步骤五、重新构建偏折角未知的气动光学仿真环境，并采集或通过数值仿真获取新的入射光的波前曲面；

步骤六、对新的波前曲面进行泽尼克模态分解，并保留高阶畸变波前曲面的分量和系数，分别输入训练好的两个SVM拟合模型中，分别输出光束在X和Y方向的偏折角估计值；

步骤七、将两个偏折角估计值加到由像面坐标计算的光束入射角后，补偿气动光学效应引起的光束偏折；

由像面坐标计算的光束入射角是指：光学成像设备测量或通过光学成像数值仿真获取的像点所在区域的中心与相机光轴之间的夹角；

公式如下：

其中，α_x是像点所在区域的中心与相机光轴X方向的夹角，α_y是像点所在区域的中心与相机光轴Y方向的夹角；x_p和y_p是像点所在区域的中心在像面坐标系中的坐标；f是相机的焦距；

补偿公式如下：

其中，是SVM拟合模型输出的X方向的偏角估计值，是SVM拟合模型输出的Y方向的偏角估计值；α_x^*是补偿后得到的光束入射角在X方向的分量；α_y^*是补偿后得到的光束入射角在Y方向的分量。

2.如权利要求1所述的一种气动光学效应引起的星光偏折补偿方法，其特征在于，步骤一中所述的构建气动光学仿真环境有两种：物理试验方法和数值仿真试验方法：

在物理试验方法中，通过风洞模拟飞行器的高速绕流场，然后以某一角度的入射光穿过该流场，在飞行器光学窗内安装波前曲面测量设备和成像设备，分别测量畸变波前曲面和像点坐标；通过测量的像点坐标和对应的入射光的真实入射角计算得到入射光受气动光学效应影像产生的偏折角；

在数值仿真试验中，在被模拟的某飞行状态下，通过流场数值仿真技术获取飞行器光学窗附近的密度场；给定一个光束入射角γ，通过光线追迹方法计算光束穿过流场后的光程差OPD曲面即波前曲面；再由光程差 OPD曲面 通过光学成像数值模拟技术计算像面上的图像灰度分布，通过质心提取得到像点坐标(x,y)，由像点坐标和光束入射角γ得到入射光受气动光学效应影像产生的偏折角；

同时，采集波前曲面测量设备测量的N个畸变波前曲面，以及数值仿真中通过光线追踪获取N个光程差OPD曲面。