一种光线在变折射率平板侧窗中的传输方法

摘要

本发明公开了一种光线在变折射率平板侧窗中的传输方法，其步骤如下：一、飞行器平板侧窗外表面光线追迹；二、飞行器平板侧窗内部光线追迹；三、飞行器平板侧窗内表面光线追迹。本发明解决了在变折射率分布的平板侧窗中光线追迹的问题，为后续采用编程实现变折射率平板侧窗中光传输仿真提供了一种算法。本发明所提出方法可以对由ANSYS分析得到的海量侧窗热响应数据进行转化，可以实现任意光线追迹点处折射率与折射率梯度的计算。所建立的折射率与折射率梯度计算模型可以较精确的模拟出实际复杂热环境下介质的变折射率场分布。本发明在实际应用时，可以灵活做出变动，实现光线在任意形状光学窗口中的光传输仿真。

主权项

一种光线在变折射率平板侧窗中的传输方法，其特在于所述传输方法步骤如下：一、飞行器平板侧窗外表面光线追迹(1)建立飞行器平板侧窗未变形前的有限元结构；(2)在未变形飞行器平板侧窗有限元结构的基础上，依据ANSYS所得的平板侧窗热响应结果对飞行器平板侧窗外表面进行曲面拟合；(3)求入射光线与平板侧窗外表面的交点E；(4)采用全局循环算法寻找平板侧窗形变外表面面元中与E点距离最近的面元H’、I’、J’和K’；(5)根据最小二乘法求该面元法向量；(6)按照折射定律求折射光线的方向向量、下一个光线追迹点的坐标以及平板侧窗外表面光线追迹的光程；二、飞行器平板侧窗内部光线追迹根据光线追迹点的坐标，寻找与该点距离最近的体单元上表面的四个结点G₁，G₂，G₃和G₄，根据这四个点的折射率和折射率梯度采用二阶插值法得到光线追迹点处的折射率和折射率梯度，然后采用四阶龙格‑库塔法或迭代法求折射光线方向向量、光线追迹下一点坐标和光线追迹的光程，并判断光线追迹下一点坐标是否出界，如果出界，则跳出光线追迹循环，否则的话，将求得的光程累加后，继续进行光线追迹；三、飞行器平板侧窗内表面光线追迹平板侧窗内表面光线追迹方法与窗口外表面光线追迹方法相同，在窗口内表面进行光线追迹时先对窗口形变内表面进行曲面拟合以求其表面法向量，然后根据折射定律可求得从窗口内表面出射的光线矢量。