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红外双波段视景仿真器光学系统的研究

张建忠  
【摘要】:红外制导技术对于国防的重要意义不言而喻,随着新一代双波段红外制导系统的发展,迫切需要由与之配套的动态指标测试系统。红外视景仿真系统能够模拟动态的红外场景,方便快捷地测试制导系统发现、识别、跟踪目标的能力,能够很好的促进制导系统的发展。为此本文针对双波段的视景仿真器的光学系统展开研究工作,调研了视景仿真系统的发展现状;研究了数字微镜器件在红外波段的调制特性;对比分析了针对DMD的两种照明方法的特点;设计了DMD型红外中/长波双波段视景仿真器,并且详细分析了影响其对比度的因素,最终系统设计满足了高精度仿真实验的要求;推导了DMD的调制传递函数曲线;分析了影响红外视景仿真实验频谱传递的几个因素,并设计了实验测试仿真过程的调制传递函数曲线。 主要研究工作如下: 1)为了能够完美的将DMD的工作波段从可见光延伸到红外波段,本文研究了DMD对红外光调制特性,从衍射原理出发,计算了不同波段下光束经微镜调制后的光强分布,通过MATLAB程序进行了模拟仿真,根据DMD在红外波段的调制特性设计了两种相应的照明系统,进行了对比分析,最终均匀性达到了97.3%,并抑制了杂光,满足了仿真要求。 2)针对红外中/长波双波段制导系统性能测试与评估的需求,设计了一套基于数字微镜器件的红外双波段视景仿真光学系统。讨论了大出瞳距、大后工作距情况下红外双波段投影系统的像差特性及设计方法,采用反摄远结构和谐衍射面结合的方案,解决了由双波段、大出瞳距离和大后工作距带来的系统彗差、像散、畸变以及色差难以平衡的问题。满足红外中/长波双波段高质量模拟足了仿真的需求。 3)从数字微镜的基本结构出发,对其调制的光强分布进行傅里叶展开,最终得到了DMD的传递函数与其填充因子、对比度以及空间的关系曲线,完成了理论的推导以及计算机的模拟。 4)从图像源的传递函数出发,分别考虑了仿真系统,待测系统以及待测系统探测器的调制传递函数,采样的影响,分析了不同象元映射关系对频谱传递的影响,研究了获得半实物仿真实验传递函数的方法,并在实验中得到了结果,为半实物仿真实验的过程提供必要的参考。


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