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宽波段多目标仿真系统及关键技术研究

胡海力  
【摘要】:航天探测和导弹防御工程融合了众多领域的前沿科技成果,是极具难度的系统工程,是科学技术与国防工业紧密结合的产物。为提高导弹武器的抗干扰、目标识别、反隐身、恶劣环境生存等能力,目前红外制导、复合制导及多模复合寻的制导方式成为研究重点。由于导弹武器外场测试成本高、信息反馈慢和整体效益低等原因,研究人员逐渐重视起仿真技术,开始在导弹设计和测试过程中利用仿真系统测试和鉴定导弹的性能。对现代战争和未来战争的研究表明,导弹针对的目标与所处的环境日趋多样和复杂,目标与环境仿真技术的发展方向是宽波段、多个目标、多种背景、高动态特性。因此具有宽波段、多目标、高动态特性的宽波段多目标仿真系统成为目标与环境仿真技术中的发展必然。但宽波段多目标仿真系统涉及的理论模型和设计方法研究不足限制了其应用和发展,因此研究宽波段多目标仿真系统及其关键技术,对半实物仿真系统性能提升具有十分重要的意义,对多模复合寻的制导技术发展具有积极的促进作用。 本文开展宽波段多目标仿真系统及其关键技术研究工作,主要包括宽波段多目标复合技术的扩束理论模型研究、宽波段目标模拟器像差特性研究以及仿真系统稳定性设计研究。本文的主要内容包括以下几方面。 宽波段多目标仿真系统总体设计研究。分析了仿真系统的工作原理、建立了系统总体光学结构、确定了仿真系统的多目标复合方案、以及分析了仿真系统的关键技术。 宽波段多目标复合系统的扩束理论模型研究。建立了基于微坑镜的应用于宽波段多目标复合系统的扩束理论模型:在近轴情况下,研究了多目标复合系统结构和微坑反射镜的几何关系,推导了多目标复合系统出瞳处的理想扩束宽度表达式;在离轴情况下,利用微坑反射镜成像理论对理想扩束宽度表达式进行了修正,发现了临界离轴距效应。定义了宽波段多目标复合系统的性能评价函数,建立了宽波段多目标复合系统的性能评估模型。 宽波段目标模拟器的像差特性研究。为降低大视场、大离轴距情况下,五阶像差对宽波段反射式目标模拟器像差平衡产生的影响,开展了宽波段反射式目标模拟器的五阶像差节点特性研究。基于矢量像差理论,利用光阑离轴矢量对宽波段反射式目标模拟器的五阶像差项进行展开,推导出依赖于光阑离轴矢量的五阶像差场节点特性方程,求解节点特性方程得到了原有五阶像差场节点位置标准矢量的修正公式。 宽波段多目标仿真系统的稳定性设计。推导了透射式目标模拟器的焦移公式,建立了透射式目标模拟器的焦面位置稳定性设计方法。研究了大口径反射镜面型稳定性设计方法,完成了多目标复合系统的光学成像质量评估。确定了仿真系统自身辐射杂散光系数和关键光学元件制冷温度的关系,为仿真系统稳定性设计提供指导。 宽波段多目标仿真系统的仿真与实验验证。建立了基于微坑镜多目标复合系统的光学仿真模型,仿真结果证明了理想扩束宽度公式的正确性。在实验室条件下,完成了基于微坑镜多目标复合系统的实验验证,实验结果证明了本文建立的应用于宽波段多目标复合系统的扩束理论模型的正确性。利用一套无热化效果评估设备对透射式目标模拟器焦移公式的可信度进行验证,实验结果证明了焦移公式可用于透射式目标模拟器的焦面位置稳定性设计。


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