光学半实物仿真目标耦合光学系统设计

摘要

寻的式探测武器依靠对目标成像的功能而具有可追踪打击动态目标的优点，成为精确探测武器中非常重要的组成部分。但正是其依赖目标成像这一特点，使得由运动模糊效应、气动光学效应和光电系统像差等造成的图像退化成为直接制约寻的其定位、追踪和打击精度的瓶颈。因此，需要研究一种能够科学评价图像退化对寻的式探测武器探测精度影响的方法，研究成果可进一步为如何减小图像退化的影响提供理论基础。动像传递函数被认为是描述时延成像器件对运动物体成像的像质退化程度的有效手段。课题“光学半实物仿真目标耦合光学系统设计”的目的是完成用于动像传递函数测试的成像探测半实物仿真系统中光学部分的设计工作，研究成果为测试寻的式探测武器中动态跟踪系统的动像传递函数提供了必不可少的硬件基础。本课题主要研究内容如下：
　　首先，针对动像传递函数测试的需要，比照实际寻的器的参数分析了模拟待测系统的总体参数，由光瞳匹配及成像探测半实物仿真的原理，提出了用于动像传递函数测试的目标耦合光学系统方案，由近轴成像公式确定了系统中未定的参数。
　　其次，以总体设计中高斯光学参数为基础，选用缩放法设计了可见波段模拟待测系统、望远目镜和红外波段望远目镜的初始结构，利用波差法设计了可见波段平行光管物镜和望远物镜的初始结构，采用P.W法设计了红外波段平行光管物镜和望远物镜的初始结构，由像差平衡、系统优化和像质评价原理，完成了可见和红外波段两套系统的优化设计和像质评价，结果满足动像传递函数测试的需要。
　　最后，针对目标耦合光学系统的实际工程问题进行了分析，利用主动机械补偿克服了折射式红外光学系统温度稳定性差的缺点，使得红外波段系统的工作温度范围扩展了5倍；采用光阑组合、挡光环结构与红外吸收涂料的综合运用有效的抑制了红外系统外部杂散辐射；通过对像差公差和传递函数的分析，合理分配了系统公差，解决了系统设计与加工精度之间的矛盾；利用分辨率测试和MTF测试的方法完成了对可见波段系统最终成像性能的评价，实验表明系统性能达到动像传递函数测试的需要。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及目的和意义

1.2 成像探测仿真系统国内外研究现状

1.3 主要研究的内容

第2章 目标耦合光学系统设计基础理论

2.1 模拟待测系统总体参数分析

2.2 目标耦合光学系统基本原理

2.3 目标耦合光学系统总体设计

2.4 本章小结

第3章 可见光目标耦合光学系统设计

3.1 模拟待测系统初始结构设计

3.2 目标耦合光学系统初始结构设计

3.3 光学系统优化与像质评价

3.4 本章小结

第4章 红外目标耦合光学系统设计

4.1 目标耦合光学系统初始结构设计

4.2 光学系统优化与像质评价

4.3 本章小结

第5章 目标耦合光学系统工程设计

5.1 红外波段系统无热化设计

5.2 红外波段系统杂散辐射控制

5.3 系统公差分析

5.4 可见波段系统检测实验

5.5 本章小结

结论

参考文献

附录1 测定光学系统分辨力的分辨率图案附表

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致谢