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可见光/中红外双波段位标指示器光学系统设计

张弓箭  
【摘要】:随着科技的进步,在制导领域也出现了目标干扰手段不断丰富以及目标隐身水平不断提高的情况,针对这种状况,本文结合可见光和中红外两个波段的特点,把能够产生高分辨图像的可见光和可以昼夜工作的中红外结合起来,设计了能够在两个波段工作、能够使用两种寻的模式的成像位标指示器。传统的球形整流罩空气动力学性能差的缺点随着飞行器速度的不断凸显,巨大的空气阻力不但降低了飞行效率,而且严重的气动加热会给光学系统成像带来影响。所以本文摒弃了传统球形整流罩,把提高空气动力学性能作为首要任务,采用了共形整流罩。采用共形整流罩一个最大的缺点就是引入了大量的像差,如彗差和象散,而且这些像差是不对称的,大大加大了像差校正难度。为了在高效校正像差的同时尽最大可能简化系统结构,在动态校正方法和静态校正方法之间选择了后者。根据两个子系统的结构参数特点,不同的波段选择了不同的校正方法,其中可见光波段的像差用Wassermann-Wolf曲面校正,中红外波段的像差用衍射元件来校正。由于红外光学材料本身严重的热膨胀,工作环境温度大大影响着红外光学系统的成像质量。为了让红外光学系统在-40°~+65的温度范围内正常工作,利用光学被动式消热差法进行热补偿。光学系统随着飞行器高速运动不可避免要产生像移,利用数字图像处理的方法,在不增加额外附加机构的情况下对像移进行了补偿。设计结果:可见光系统的传函在601p/mm处达到0.6左右,在1201p/mm处仍能达到0.33以上,点列斑直径不超过l0um;红外光学系统的传函在20mm/lp处,轴上可达0.768,接近衍射极限的0.78,轴外传函大于0.7。系统的点列斑均方根值接近艾里斑大小,各个视场下的点列斑基本位于单个象元范围之内。经过热补偿之后,传函高低和点列斑大小几乎不随温度的变化而变化,焦距的变化也控制在了半个焦深以内。设计结果表明:两个子系统的像质均为良好,组合系统结构紧凑,可昼夜全天候工作,提高了对目标的捕获、跟踪和识别能力。系统达到设计要求。


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