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机载红外与合成孔径雷达共孔径成像系统研究

吴文达  
【摘要】:伴随着成像需求的多样化,成像环境的复杂化,单个平台往往需要携带多个成像系统,增加了平台的负重和体积,增大了机械控制和信息融合的难度。因此将多个成像系统在结构和功能上进行整合,形成多模复合成像系统,是未来包括机载侦察探测成像载荷在内的各类成像平台的发展趋势。由此衍生出的多模复合成像系统设计技术也成为近些年来国内外光学设计领域的研究热点之一。本文设计了一种机载红外与合成孔径雷达共孔径成像系统,以应对机载侦察探测成像系统的应用需求和发展趋势。该成像系统通过共用部分结构,实现了空间上的整合,缩减了体积和重量;功能上结合了红外系统与合成孔径雷达系统的优势,对彼此的缺陷进行补偿。并且该复合成像系统提高了机载侦察探测成像载荷的环境适应性和功能适用性,具备极高的研发和应用价值。本文的主要研究内容是机载红外与合成孔径雷达共孔径成像系统中红外成像部分的设计。除此之外,研究内容还包括:(1)共孔径成像系统结构设计;(2)合成孔径雷达天线设计理论以及实例设计;(3)红外光学系统的冷阑匹配,冷反射分析,像质评价,公差分析;(4)卡塞格林双反光学系统的设计理论以及实践;(5)PW法计算折射系统初始结构;(6)频率选择表面的设计与分析。本文首先根据复合成像系统的需求,参考国内外现有结构,提出了共孔径结构的设计方案;其次,根据合成孔径雷达成像原理和反射面天线设计理论,进行天线设计;接着在已知天线参数的基础上,将天线作为红外成像系统的第一个反射面,结合冷阑匹配技术,非球面结构计算方法,PW法,创建了红外与合成孔径雷达共孔径成像系统中,红外成像部分的设计方法,并依此计算得到红外成像系统的初始结构;然后,对得到的初始结构进行优化,并在光学软件中进行模拟和性能分析,包括红外成像系统的像质评价,像差分析,冷反射分析,公差分析等等;最后对合成孔径雷达的天线性能进行模拟分析,对加工装调后的红外成像系统进行性能测试,由此验证本文红外与合成孔径雷达共孔径成像系统设计方案的可行性。本文首次将合成孔径雷达和红外成像系统结合在一起,从原理出发,提出了可行的共孔径成像系统结构设计理论并进行验证。对于初始结构的计算,编写了普适性的程序,减少了计算工作量。对于分光结构的设计,引入了频率选择表面的解决方案。丰富了微波与红外共孔径成像系统设计领域的理论基础,为解决目前该领域存在的一些难点提供了新的思路。


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