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旋转对称非球面整流罩像差特性与校正研究

周思雨  
【摘要】:随着科技的进步,作为现代高科技的结晶和化身,导弹技术获得空前发展,成为维持世界战略平衡的支柱和信息化战争的主战装备。而红外制导技术因其制导精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、效费比高等优点,在现代精确制导体系中占据着重要的地位。现役红外制导系统的整流罩均采用球形头罩,其空气动力学特性较差。而共形光学系统的空气动力学性能明显优于球形头罩,成为球形整流罩的潜在替代者。虽然共形整流罩能大幅改善其空气动力学性能,减小飞行阻力,但是由于其自身的非对称性又引入了高阶像差,使光学成像质量大幅度下降。因此研究共形整流罩带来的像差,完善共形光学系统的设计十分重要。本文在上述背景下,开展了以下的研究工作:建立了在气动研究中阻力较小的四种流线形整流罩:椭球形整流罩、抛物面形整流罩、双曲面形整流罩以及冯卡门曲面形整流罩;在不同的目标视场下,分别分析了四种面形整流罩的像差特性;在0°目标视场时,通过改变长径比分析了长径比的变化对四种面形整流罩的像差带来的影响;改变整流罩内表面面形,得到了整流罩内表面非球面次数在像差校正中的作用。针对四种面形整流罩的不同像差特性,分别选取了合适的校正器,并对本文所选用的两种像差校正器进行了原理分析以及理论推导。其中椭球形整流罩选取了基于独立联合扩展的Wassermann-Wolf曲面的固定型像差校正器;而针对另外三种离心率较大的整流罩,则采用了旋转泽尼克双光楔的运动型像差校正器,达到了更好的校正效果。对四种面形整流罩分别完成了相应的共形光学系统设计。针对不同面形整流罩的特性、校正难易程度等特点完成了较为全面的横向对比分析。结果表明,针对不同面形整流罩采用不同类型校正器的方法较为合理;每种共形光学系统设计最后所得到的MTF曲线图均能够满足使用要求;在抛物面形整流罩、双曲面形整流罩以及冯卡门曲面形整流罩的共形光学系统设计中,由于采用了运动型像差校正器,导致了扫描视场大幅度变小,无法同时兼顾像质与目标视场。


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