[发明专利]一种气动热环境下头罩辐射光线传输计算方法

权利要求书

1.一种气动热环境下头罩辐射光线传输计算方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)通过流热双向耦合计算，得到任意时刻外流场及头罩温度场；

(2)对头罩温度场网格离散化，并分层处理，根据半透明体辐射特性构建头罩热辐射发射模型；

(3)根据热光效应构建头罩折射率场，并采用龙格库塔法建立头罩光传输模型，确定热辐射光线在头罩内部的传输路径；

(4)采用反向追迹法建立红外光学系统热辐射传输模型，结合步骤(3)得到热辐射光线的传输路径，步骤(2)得到的头罩热辐射模型确定辐射光线从头罩发射、红外光学系统传输、探测器接收这一全路径传输后所引起的像元辐照度，再进一步结合探测器响应模型可得热噪声图像，叠加在目标图像上即可获得退化图像。

2.根据权利要求1所述的一种气动热环境下头罩辐射光线传输计算方法，其特征在于：所述的采用反向追迹法建立红外光学系统热辐射传输模型，结合步骤(3)得到热辐射光线在头罩内部的传输路径，步骤(2)得到的头罩热辐射模型确定辐射光线从头罩发射、红外光学系统传输、探测器接收这一全路径传输后所引起的像元辐照度，具体为：

(41)确定头罩、红外光学系统、探测器焦平面三者相对位置关系；

(42)将探测器冷光阑平面离散为众多小面元，由探测器像元与小面元中心位置确定一条空间直线，为取样光线，代表该小面元和像元组成光锥中的辐射能量；

(43)根据矢量形式折射定律，确定取样光线在红外光学系统中的传输路径，并获得在头罩内表面的入射位置及入射方向；

(44)根据步骤(43)的结果，进一步确定出取样光线在头罩内部的传输路径；

(45)确定取样光线在头罩内部的传输路径后，对该路径上头罩各层辐射能量进行线性叠加，可得该取样光线所携带的辐射能量，通过对辐射光线成像建模确定辐照度值。

3.根据权利要求2所述的一种气动热环境下头罩辐射光线传输计算方法，其特征在于：所述的取样光线所携带的辐射能量为前一层辐射亮度在本层的衰减与本层辐射亮度之和，计算公式如下：

L＝τ_n-1·L_n-1'+L_n

其中，τ_n-1为头罩前一层透过率，L_n-1’为头罩前一层辐射亮度，L_n为头罩最后一层辐射亮度，L为取样光线辐射亮度。

4.根据权利要求2所述的一种气动热环境下头罩辐射光线传输计算方法，其特征在于：所述的取样光线在红外光学系统中传输路径，采用空间矢量形式折射定律，计算公式如下：

B＝(n₁·A+Γ·N)/n₂

其中，A为入射光线单位矢量，B为折射光线单位矢量，n₁、n₂分别为入射、出射介质的折射率；N为透镜表面光线入射点处的法向量，

5.根据权利要求2所述的一种气动热环境下头罩辐射光线传输计算方法，其特征在于：所述的通过对辐射光线成像建模确定辐照度值，在已知取样光线辐射能量L，通过下式计算得到此时像元辐照度值，

其中，τ_O为红外光学系统透过率，取样光线辐射方向与面元法线方向夹角为θ₁，小面元面积为dA，小面元与像元的距离为r。

6.根据权利要求1或2所述的一种气动热环境下头罩辐射光线传输计算方法，其特征在于：所述的通过流热双向耦合计算，具体为：采用ANSYS Workbench平台中的Fluent模块和Transient Thermal模块，并通过System Coupling耦合器将两模块连接。

7.根据权利要求1或2所述的一种气动热环境下头罩辐射光线传输计算方法，其特征在于：所述的头罩热辐射发射模型，具体为：

其中，L为每个网格单元的辐射亮度，c为光速，h为普朗克常数，κ为玻尔兹曼常数，λ为波长，T_i为某网格单元温度，ε为红外材料表面发射率。