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三维无规则不均匀折射率场光线追迹新方法

熊浩西 易仕和 丁浩林 徐席旺 欧阳天赐

熊浩西, 易仕和, 丁浩林, 徐席旺, 欧阳天赐. 三维无规则不均匀折射率场光线追迹新方法[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(5): 503005-0503005(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0503005
引用本文: 熊浩西, 易仕和, 丁浩林, 徐席旺, 欧阳天赐. 三维无规则不均匀折射率场光线追迹新方法[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(5): 503005-0503005(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0503005
Xiong Haoxi, Yi Shihe, Ding Haolin, Xu Xiwang, Ouyang Tianci. New ray tracing method for 3D irregular non-uniform refractive index field[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(5): 503005-0503005(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0503005
Citation: Xiong Haoxi, Yi Shihe, Ding Haolin, Xu Xiwang, Ouyang Tianci. New ray tracing method for 3D irregular non-uniform refractive index field[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(5): 503005-0503005(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0503005

三维无规则不均匀折射率场光线追迹新方法

doi: 10.3788/IRLA201948.0503005
基金项目: 

国家自然科学基金(11527802)

详细信息
    作者简介:

    熊浩西(1995-),男,硕士生,主要从事航空航天气动光学方面的研究。Email:690878706@qq.com

  • 中图分类号: O435

New ray tracing method for 3D irregular non-uniform refractive index field

  • 摘要: 飞行器在大气层中高速飞行时,气动加热,光学窗口与外部气流相互作用形成了复杂的流场结构。其折射率分布无规则、不均匀,很难准确得到光线的传播路径。为此,提出三种四阶精度方法的光线追迹方案,通过与螺旋光线解析解结果进行对比,发现四阶Runge-Kutta方法光线追迹过程中最大相对误差为1.610-8,Richardson外推法为1.210-8,Adams线性多步法为1.210-11,确定Adams线性多步法是可用于光线追迹的高精度、高速的方法。基于多项式拟合的任意点插值方法可以获得比距离反比法更高的折射率场插值精度。并将该方法运用在导弹的光学窗口附近流场引起的波前畸变的计算,对计算结果进行了对比,结果表明Adams线性多步法以Runge-Kutta方法起步,但Admas方法没有忽略前一步的计算结果,不会带来误差的累积,所以结果更接近真实解,而Richardson外推方法算出的光程差大小与其他两种方法明显不同。
  • [1] Yin Xingliang. Principle of Aero-optics[M]. Beijing:China Aerospace Publishing House, 2003. (in Chinese)
    [2] Yin Xingliang. A new subdiscipline of contemporaryoptics-aero-optics[J]. China Engineering Science, 2005, 7(12):1-6. (in Chinese)
    [3] Rimmer M P. Ray tracing in inhomogeneous media[J]. Journal of the Optical Society of America, 1968, 58(12):1667-1668.
    [4] Liu Chunsheng, Zhang Tianxu, Li Xiaotong, et al. Description of irregular inhomogeneous refractive index field[J]. Infrared and Laser Engineering, 2007, 36(1):127-130. (in Chinese)
    [5] Feng Dinghua. Fine numerical simulation/experimental study on high speed flow and aero-optics application[D]. Changsha:National University of Defense Technology, 2010. (in Chinese)
    [6] Kalish S, Lin Z, Kottos T. Light transport in random media with PT-symmetry[J]. Physics Optics, 2012, 85(5):1-5.
    [7] Lin Dainpsang, Tsai Chungyu. Paraxial ray-tracing equations for optical systems containing triangular prisms[J]. Journal of the Optical Society of America A, 2017, 34(3):361-368.
    [8] Lv Meibo, Wang Pei. Ray tracing in Rochon prisms with absorption[J]. Optics Express, 2017, 25(13):14676-14690.
    [9] Wang Yejun, Waruna D Kulatilaka. Optical ray tracing method for simulating beam-steering effects during laser diagnostics in turbulent media[J]. Applied Optics, 2017, 56(11):106-115.
    [10] Paces Pavel, Yu Wenkai, Klesa Jan. Optical measurement methods for attitude determination of unmanned aerial systems[C]//2018 IEEE/AIAA Digital Avionics Systems Conference, 2018:23-27.
    [11] Si Tongling, Piao Yan, Li Min. Research on collimation of LED naked eye 3D display technology based on ray tracing[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(6):0603002. (in Chinese)
    [12] Liu Wanguo, Hu Hai, Liu Fenghua, et al. Manipulating light trace in a gradientrefractive-index medium:a Lagrangian optics method[J]. Optics Express, 2019, 27(4):004714.
    [13] Zhang Wensheng. Numerical Solution of Differentiale Quations[M]. Beijing:Science Press, 2015. (in Chinese)
    [14] Nie Cunyun. Richardson extrapolation method and its generalization[J]. Mathematical Theory and Applications, 2006, 26(2):15-17. (in Chinese)
  • [1] 薛庆生, 卢继涛, 孙茜, 栾晓宁, 王福鹏.  海水吸光度特性高精度检测研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(2): 0203010-0203010. doi: 10.3788/IRLA202049.0203010
    [2] 赵媛媛, 肖作江, 梁旭.  基于光谱干涉技术的玻璃厚度及折射率测量方法 . 红外与激光工程, 2020, 49(2): 0213004-0213004. doi: 10.3788/IRLA202049.0213004
    [3] 刘鸿彬, 李铭, 舒嵘, 胡以华, 黄庚华.  少光子灵敏度精密激光测距方法及验证 . 红外与激光工程, 2019, 48(1): 106001-0106001(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0106001
    [4] 耿蒙, 李学彬, 秦武斌, 刘泽阳, 鲁先洋, 戴聪明, 苗锡奎, 翁宁泉.  典型地区大气气溶胶谱分布和复折射率特征研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 311001-0311001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0311001
    [5] 范慧敏, 裘桢炜, 袁银麟, 康晴, 洪津.  通道式偏振遥感器偏振解析方向测量误差分析及验证 . 红外与激光工程, 2017, 46(12): 1217007-1217007(8). doi: 10.3788/IRLA201746.1217007
    [6] 吴婷, 邹岩, 李之通, 惠勇凌, 李强.  两种透明介质微小折射率差高精度测量的新方法 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 417005-0417005(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0417005
    [7] 吴志豪, 施安存, 孙悦, 段靖远, 盖轶冰.  一种新型VLC高精度混合定位算法的实现 . 红外与激光工程, 2017, 46(11): 1126001-1126001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.1126001
    [8] 秦侠格, 姬忠鹏, 徐映宇, 舒嵘.  双光路互参考高精度AOTF衍射效率测试方法及装置 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 417001-0417001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0417001
    [9] 黄选平, 许东, 包实秋, 谭晓颂.  温度和应力动态变化对球形头罩的光传输影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1818-1822.
    [10] 邹百英, 赵慧洁, 张颖, 李建华.  离轴抛物面镜准直输出辐照度特性 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 688-692.
    [11] 郝永平, 赵龙飞, 张嘉易.  非球面变焦距曲面复眼的优化研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 157-161.
    [12] 何韵, 许文渊.  一种高精度大动态范围的距离模拟脉冲发生方法研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3408-3412.
    [13] 周伟, 程德文, 许晨, 禹璐, 王庆丰, 王涌天, 金国藩.  NURBS自由曲面在光机设计和分析中的应用 . 红外与激光工程, 2014, 43(10): 3313-3320.
    [14] 李冰, 赵跃进, 张超, 郭小虎, 张镜水, 孔令琴.  非成像式激光告警系统的光学设计及优化 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1511-1516.
    [15] 郭方, 练国富, 张宁.  复眼三维目标定位精度分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 4088-4093.
    [16] 陈启梦员, 张国玉, 王哲, 王凌云, 高玉军.  甚高精度星敏感器测试用静态星模拟器设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1830-1835.
    [17] 姜玉刚, 王利栓, 刘华松, 刘丹丹, 姜承慧, 羊亚平, 季一勤.  热处理对SiO2薄膜折射率和吸收特性的影响分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(10): 3334-3337.
    [18] 潘继环, 苏安, 蒙成举.  介质折射率对光子晶体量子阱滤波性能的调制 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 833-837.
    [19] 胡欣, 张文攀, 殷瑞光, 李慧, 赵琳锋, 刘艳芳.  激光在锥形多模光纤中的耦合效率与传输模式 . 红外与激光工程, 2013, 42(2): 372-375.
    [20] 王圣刚.  一维非均匀介质中的瞬态辐射反问题 . 红外与激光工程, 2013, 42(8): 2012-2016.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-12-11
  • 修回日期:  2019-01-15
  • 刊出日期:  2019-05-25

三维无规则不均匀折射率场光线追迹新方法

doi: 10.3788/IRLA201948.0503005
    作者简介:

    熊浩西(1995-),男,硕士生,主要从事航空航天气动光学方面的研究。Email:690878706@qq.com

基金项目:

国家自然科学基金(11527802)

  • 中图分类号: O435

摘要: 飞行器在大气层中高速飞行时,气动加热,光学窗口与外部气流相互作用形成了复杂的流场结构。其折射率分布无规则、不均匀,很难准确得到光线的传播路径。为此,提出三种四阶精度方法的光线追迹方案,通过与螺旋光线解析解结果进行对比,发现四阶Runge-Kutta方法光线追迹过程中最大相对误差为1.610-8,Richardson外推法为1.210-8,Adams线性多步法为1.210-11,确定Adams线性多步法是可用于光线追迹的高精度、高速的方法。基于多项式拟合的任意点插值方法可以获得比距离反比法更高的折射率场插值精度。并将该方法运用在导弹的光学窗口附近流场引起的波前畸变的计算,对计算结果进行了对比,结果表明Adams线性多步法以Runge-Kutta方法起步,但Admas方法没有忽略前一步的计算结果,不会带来误差的累积,所以结果更接近真实解,而Richardson外推方法算出的光程差大小与其他两种方法明显不同。

English Abstract

参考文献 (14)

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