激光与可见光、红外三光轴瞄准偏差测试技术研究

摘要

近年来，随着光电技术不断提高，越来越多的现代光电测量设备趋于包含激光、电视、红外等多个光学通道，且研制多波段多通道相结合的光电系统日益成为当代光电设备的发展趋势。若多个光学系统同时瞄准某一目标进行跟踪测量时，不同光轴间因不平行性问题无法保证测量结果的一致性，从而致使光电设备对目标的观测、对准及打击等性能下降。于是，需要进一步提升多波段多光轴光电设备对目标的跟踪与攻击能力，使其完成准确搜索、观测和瞄准，故对于多光谱多光轴光电系统光轴一致性测试技术研究有着非常重要的促进作用和现实意义。
　　本课题总结和归纳国内外光轴一致性测试技术现状及其发展趋势，通过分析、研究及对比当前几种经常使用的多光轴一致性测试方法，提出了一种适用于外场条件下可完成激光、可见光及红外光轴间的光轴一致性测试及校准的方法。该测试方法以1.064μm激光作为测试系统的基准光轴，通过多光谱硫化锌靶标和可见光/红外宽光谱光源相结合的方式来实现可见光及红外模拟目标，可用来进行测试系统的光轴一致性的自校准;采用摄远透射式光学结构，避免光学系统遮拦问题，改善透过率，简化测试系统体积，更好地适于外场条件下对多波段光电设备的光轴一致性的检校。
　　针对论文中所提出的外场环境下激光、可见光及红外三光轴一致性的测试及校准方法，通过分析测试系统的工作环境和技术指标后，确定了测试光学系统的详细设计参数。论文选取摄远型光学系统为基本结构，设计了激光、可见光与长波红外波段焦距均为680mm，口径为230mm的折射式三波段共口径光学系统，且系统的轴向最大尺寸为510mm，径向最大尺寸为393mm。通过光学材料特性间的合理组合及光焦度分配，提高系统像质;并结合非球面和衍射光学元件简化系统结构。设计结果表明，长波红外系统在空间分辨率为17lp/mm时，调制传递函数达到0.4。激光、可见光系统在空间分辨率107lp/mm时，调制传递函数分别达到0.3和0.5，且各系统的成像质量均达到衍射极限。经过对测试系统进行公差分析及测量不确度分析，可确保光学系统装调后的可实现性。与此同时，根据测试实验分析得知，该测试系统的红外光轴、可见光光轴与激光光轴间的一致性偏差小于10

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的目的及意义

1．2 国内外光轴一致性测试设备研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 光轴一致性测试的常用方法

1．4 非球面及衍射光学元件的应用

1．4．1 非球面的应用

1．4．2 衍射光学元件的应用

1．5 课题创新点与优势

1．6 研究的主要工作和章节安排

1．6．1 研究的主要工作

1．6．2 章节安排

2 测试系统总体设计

2．1 总体设计路线

2．2 测试系统技术指标分析

2．3 测试系统的结构及校准原理

2．3．1 测试系统结构

2．3．2 测试系统校准原理

2．4 探测器的选取及性能参数的确定

2．4．1 探测器的性能指标

2．4．2 系统空间分辨率的计算

2．4．3 视场及艾里斑尺寸的计算

2．5 光学系统性能指标确定

2．6 本章小结

3 测试系统的光学设计

3．1 光学系统结构类型的确定

3．1．1 折射式光学系统的特点

3．1．2 反射式光学系统的特点

3．1．3 折反式光学系统的特点

3．2 光学系统初始结构设计

3．2．1 设计思想及初始结构参量求解

3．2．2 初始结构设计

3．2．3 像质评价

3．3 三波段共口径光学系统设计

3．3．1 材料的选择

3．3．2 设计过程分析

3．3．3 像质评价

3．4 本章小结

4 系统公差及测量不确定度分析

4．1 公差分析

4．2 测量不确定度分析

4．2．1 测量不确定度的评定方法

4．2．2 测量不确定度的评定步骤

4．3 测试系统的测量不确定度分析

4．4 本章小结

5 实验及结果分析

5．1 实验环境

5．2 结果及分析

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

声明

附录