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基于自适应光学的共形光学系统设计

张健  
【摘要】:现有红外制导导弹的整流罩均被设计为球形结构,这种结构虽然由于其球对称的特点,在不同扫描视场中产生相同的像差,易于获得后方光学系统的校正,但是对于导弹空气动力学性能的提高并没有帮助,而共形光学设计通过提高导引头的长径比,可以使导弹的飞行速度,射程,机动性能和隐身等方面获得较大幅度的提高,从而大大提高导弹的战斗性能,但是共形整流罩不具有球对称性,在导引头对共形整流罩各视场扫描时,将产生动态变化的像差,为后像差校正系统设计带来了难度,所以本文将对此进性研究,并设计基于自适应光学的像差校正系统对其进行像差校正。本文通过对整流罩设计材料和外形参数的分析,做出了合理的选择,并建立了长径比为1的ZnS整流罩,通过对现有共形光学校正方案的比较,建立了两级优化系统,第一级优化系统包括将整流罩内表面设计为Zernike边缘矢高,含有二元衍射面的固定校正器和轴向移动柱面镜系统,通过三种校正方案的联合使用对所设计的共形整流罩做初步的像差校正,然后通过建立卡塞格林系统代替理想镜片作为成像系统,将卡塞格林系统的次镜设计为可变形反射镜,利用MATLAB编写随机并行梯度下降算法,并与CodeV完成通信,建立了自适应光学系统作为二级校正系统对视场的残余像差进行校正,最终实现了对共形整流罩视场像差的自动分析实时校正。经过所设计的二级像差校正系统对共形整流罩各视场像差的校正,系统的波前像差与Zernike像差被校正到了很小的范围内,系统各视场的MTF曲线基本可以满足红外制导的要求。


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