【摘 要】
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地对空导弹在空中超音速飞行时,围绕其周围的大气气体会在弹体外壳处高速流动,从而产生了气动流场。这一气动流场对弹体上激光通信系统的制导工作造成了严重的影响,例如在光线传输过程中造成的光程差、波像差,信号接收过程中造成的接收信息误判甚至是短时间的通信中断,这些现象统称为气动光学效应。由此可见,研究弹载激光通信系统的气动光学效应在激光通信制导这一领域中具有重大的战略意义。本文主要研究了采用新型激光制导模
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地对空导弹在空中超音速飞行时,围绕其周围的大气气体会在弹体外壳处高速流动,从而产生了气动流场。这一气动流场对弹体上激光通信系统的制导工作造成了严重的影响,例如在光线传输过程中造成的光程差、波像差,信号接收过程中造成的接收信息误判甚至是短时间的通信中断,这些现象统称为气动光学效应。由此可见,研究弹载激光通信系统的气动光学效应在激光通信制导这一领域中具有重大的战略意义。本文主要研究了采用新型激光制导模式即多孔径发射与分集接收这一模式下的地对空导弹处于不同的飞行速度、飞行海拔高度以及不同的工作波长时气动流场对激光通信系统工作质量的影响,也称之为气动光学效应的分析。首先根据地对空导弹的实际尺寸与工作模式,利用Solid Works进行几何建模,再将几何模型导入到Fluent流体分析软件中,应用Mesh软件对模型进行网格划分。其次选取了一种非均匀分布的湍流模型进行适配,并且详细设置了求解器等相关参数和材料属性,从而获取到了围绕在激光通信系统周围的气动流场的密度场分布。随后再根据光线追迹与物理光学相结合的方法将密度场转化为折射率场,并且用折射率场的数值计算出光学像质评价函数,例如点扩散函数（PSF）、斯特列尔比（SR）、包含80%能量的弥散斑半径以及光学传递函数（MTF）。最后反复更改飞行高度、飞行速度以及工作波长进行仿真模拟计算,获得了地对空导弹在不同大气环境中的密度场、折射率场以及激光通信系统的光学像质评价函数具体数值。其中,飞行海拔高度变化范围是0到20km,间隔5km计算一组;飞行速度分别为3马赫和5马赫;工作波长范围是400到1550nm。本文通过Fluent有限元仿真软件对激光通信系统周围的气动流场进行了流体力学仿真,对新型激光制导技术的气动效应进行了数据分析并得出了结论。仿真结果表明,随着飞行海拔高度的不断增高,飞行速度的不断降低,气动光学效应所带来的影响逐渐变弱,激光通信系统的工作状态也逐渐优异;工作波长越长,气动光学效应的影响也越小。
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