空气扰动下的光机系统光学建模和仿真方法

摘要

本发明提出了一种在空气扰动下的光机系统光学建模和仿真方法。通过开发集成光学建模算法(该算法的核心为光线追迹)，实现了在同一软件内部的光学性能评估，解决了以往在集成仿真中调用多个应用软件所带来的诸多问题，使仿真更快，更稳定。对于扰动空气的仿真，采用的方法是先将其离散化，把空气的扰动模拟为每个分割面的扰动，每部分的空气模拟为折射率不同的棱镜，这种仿真方法将状态复杂的空气流体模拟为扰动面的刚性扰动，将复杂问题简单化，便于计算机仿真的实际操作。采用此方法，建模和仿真的操作简单且失误率低，只需利用集成光学建模算法编制程序，将设计好的光机系统参数及划分好的空气扰动面各参数输入该程序，便可计算出系统的各扰动光学灵敏度矩阵。仿真时将模块的参数设置为这些扰动光学灵敏度矩阵，便可得到系统的实时受扰光学性能。另外该方法所要求的计算机硬件配置不高，适用性强，经济性好。

主权项

1、空气扰动下的光机系统光学建模和仿真方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将光机系统内部的空气用平面进行离散化分割；(2)空气扰动模拟为分割平面的刚性运动；这些刚性运动为微平动和微转动的叠加；(3)通过光线追迹方法建立系统扰动光学模型，包括反射光学单元的反射光学模型和离散化的各部分空气的折射光学模型；(4)在Matlab环境下，依据建立好的上述系统扰动光学模型计算系统扰动光学灵敏度矩阵，扰动光学灵敏度矩阵中的两个为主镜的扰动光学灵敏度矩阵和次镜的扰动光学灵敏度矩阵，其余的三个为空气扰动光学灵敏度矩阵；并将这些矩阵保存在Matlab的工作空间中；(5)在Matlab/Simulink中新建仿真模型文件，在模型文件中加入输入量模块、输出量模块和状态空间模块；状态空间模块的数目要与扰动光学灵敏度矩阵数目一致；并依次将每个状态空间模块的“D”矩阵设置为不同的扰动光学灵敏度矩阵；最后将各模块连接起来进行仿真。