红外多目标复合仿真光学系统设计

基于透射式复合投影以及微透镜阵列扩束设计了适用于1~3 μm和3~5 μm波段的红外多目标复合模拟器的光学系统。该模拟器的干扰光路采用透射式复合投影并利用微透镜阵列完成扩束。此外,采用前无焦系统和后聚焦镜组结合的方式,通过在平行光路中引入平面耦合镜,实现了目标和干扰光路共用一套投影系统。设计过程对目标光学系统、干扰光学系统和主投影光学系统分开优化,之后对系统进行整体优化。该系统入瞳距为200 mm,视场为±4°,全视场调制传递函数（MTF）在20 lp/mm时大于0.6,接近衍射极限。文中分析了加工装调完成后光学系统的实测MTF数据,结果表明,MTF在20 lp/mm时大于0.3,完全满足应用技术指标。该系统已成功应用于新型红外目标模拟器,对未来红外仿真光学系统的设计有参考意义。     

红外月球模拟器光学系统设计

采用红外光学系统设计与计算技术,对红外月球模拟器的光学系统进行了设计,确定了其中最重要的部件锗准直透镜的光学结构参数,主要包括锗准直透镜折射率、中心厚度、曲率半径、口径的确定以及形状的选择等。     

红外目标模拟器校准系统研究与分析

文章论述了红外目标模拟器校准系统在航天、航空、国防、军事及国民经济各领域中的重要作用和意义,综述了近年来测量技术的研究发展现状。红外目标模拟器广泛应用于红外技术上。从保证红外辐射量值的准确性和有效传递出发,有必要对红外目标模拟器的输出辐照度进行测量和验证。基于辐射量测量原理,目前红外目标模拟器其测量装置从测量原理上可分为辐射源为标准的测量和以探测器为标准的测量,本文介绍了这两种方法进行测量的原理和装置并简单介绍了作者基于绝对方法的测量系统。进而描述了红外目标模拟器校准系统的应用情况。展望了红外目标模拟器测量技术目前存在的问题及发展趋势。     

高轨道准直式红外地球模拟器光学系统设计

为了提高红外地球敏感器的地面测试与标定精度,以地球模拟器能够精确达到技术指标为目的,对地球模拟器光学系统进行研究。在光学系统中将地球光阑放于锗准直透镜的焦平面附近,使得通过地球光阑的光入射到锗准直透镜后,以平行光出射到红外地球敏感器上。同时根据卫星在同步轨道、更高轨道和较低轨道所使用的红外地球敏感器地面标定试验的需求,采用更换地球光阑的方案,提供了三种不同的地球张角。计算结果表明,地球模拟器边缘处成像清晰,且三种不同轨道的地球张角误差均小于±0.05°。该方案设计的地球模拟器可准确在地面上模拟卫星在太空中所看到的地球,满足了地球模拟器的整体性能要求。     

点源目标模拟器研制

某型空空导弹采用新的跟踪技术,对模拟目标的运动特性要求较高,必须针对性地研制相应的目标模拟装置。介绍了一种点源目标模拟器的组成及其系统设计方案,即它是由光学系统、涡轮机构、机械模块和控制模块组成。经实际应用,效果良好,为考察导引头的工作状态提供了一种简便的工具。     

红外目标模拟器辐射校准方法的研究

在利用红外目标模拟器对红外成像系统进行性能检测和定标之前,需要先对其输出的有效辐射进行校准,而现有的辐射校准方法没有考虑到红外目标模拟器自身光机结构所产生的背景辐射.建立了考虑到红外目标模拟器背景辐射的辐射校准模型,可同时确定红外目标模拟器中平行光管的透过率和背景辐射,并据此得到红外目标模拟器的有效辐亮度.分析了该校准方法的不确定度,在3.7～4.8 μm、8～9.2 μm波段分别为4.2％、3.5％.最后,利用中波和长波红外相机,对由HFY-302B黑体和LPS300离轴平行光管组成的红外目标模拟器在3.7～4.8 μm、8～9.2 μm波段的有效辐射进行校准实验,给出了辐射校准结果.     

基于缓存频率信号的红外目标模拟器速度控制

红外目标模拟器的速度控制精度直接影响到光电测试设备的性能。本文根据红外目标模拟器的速度控制需求,提出一种基于缓存频率信号发生的速度控制方法,实现旋转电机的速度控制。论文首先介绍了红外目标模拟器的组成、测控系统模块以及电机控制存在的问题。在此基础上,论文阐述了基于缓存频率信号发生的旋转电机速度控制方法。最后,通过试验对所提方法的有效性进行了验证。     

精密转台在红外目标模拟器校准系统上的应用

在红外目标模拟器校准系统上应用精密转台，使红外目标模拟器校准系统的布局合理，并具有更高的辐射校准准确度。由于用精密转台替换了平移台，待校准的红外目标模拟器可以不受体积和型号的限制。精密转台直径为Ф600mm，放置的大平面反射镜口径为Ф465mm。对精密转台的重复定位误差，可从红外目标模拟器校准系统设定的辐射校准不确定度导出。采用分段比例控制的方法，精密转台的定位准确度达到了5”。     

基于DMD的红外仿真光学系统设计

红外仿真系统在红外成像制导系统的研制中起着重要作用,文中根据DMD特性和红外仿真的具体要求,进行了红外仿真光学系统的初始结构计算。并使用Zemax光学设计软件对光学系统进行优化,得到了满意的仿真结果,并对红外仿真的发展进行了展望。     

广角f-θ静态红外地平仪镜头的光学设计

为了满足航天器对轻小、价廉,性能可靠的自主导航系统的要求,设计了广角静态红外地平仪系统。该系统选择辐射稳定的14～16.25μm作为工作波段,并设定全视场角为136°,F数为0.61;采用反远距结构,使系统后工作距达到15mm;利用f-θ镜头设计原理,并合理地选用非球面对广角系统进行优化设计,使系统的线性特性的相对误差0.5%;在空间频率为15lp/mm处,系统的调制传递函数0.6,接近衍射极限;在半径为20μm的圆内,系统径向能量85%。另外,采用了像方远心光路,提高了像面的照度均匀性,实现了整个像面照度均匀性99%。设计结果表明,该镜头结构简单、体积小、后工作距大,很好地解决了广角镜头轴外像差平衡问题,实现了地平仪系统的高精度设计。     

长波红外广角地平仪镜头的光学设计

介绍适用于非致冷凝视式焦平面阵列的长波红外(LWIR)广角地平仪镜头的光学设计.其工作波长范围10～16μm,全视场角为135°.采用"负-正-正"型式的反远距像方远心光路镜头结构,仅有三块非球面锗透镜构成.能够很好地解决广角镜头轴外像差校正和像面照度均匀性问题.此镜头结构简单、体积很小、后工作距离大,成像质量接近于衍射极限,在20lp/mm空间频率处的调制传递函数值超过0.6,像高与视场角关系偏离线性的相对误差不超过15%.文中还分析了此镜头的加工和装调公差.     

气象用太阳模拟器光学系统仿真

气象用太阳模拟器主要应用于总辐射表检测,对辐照均匀性有较高的要求,光学系统设计难度较大。本文介绍了如何用lighttools软件进行光学系统建模,分析辐照均匀性,为光学系统设计及装调提供有效的指导,其中,短弧氙灯是整个建模的关键,根据短弧氙灯的发光机理及其亮度曲线,用嵌套的圆柱和球体光源来仿真氙灯的发光,通过蒙特卡洛光线追迹,仿真出来的配光曲线和实际的很接近,符合建模要求。最后,分别用一维、二维、三维分析图表示辐照度分布。通过数据分析,整个口径范围内辐照不均匀度为±4.2%,有效口径φ100m范围内,辐照不均匀度为±2.0%。     

柱面系统无畸变指纹采集仪的光学设计

针对以往无畸变指纹采集仪多采用棱镜补偿方案,系统存在棱镜的固有像散,光学系统难以补偿这种像差获得较高成像质量这一问题,提出了一种采用柱面系统结合双远心物镜校正投影畸变的新方案。该方案利用双柱面系统,在棱镜没有压缩图像的方向上压缩图像;利用双远心光路,消除物面和像面存在倾斜时的梯形畸变。采用该方案进行的计算机建模,经过合理调整优化函数,平衡各种像差,获得了比棱镜补偿校正畸变方案更高的成像质量。指纹采集仪得到了指纹采集方(物方)大部分视场的传递函数值在特征频率5 lp/mm(对应像方40 lp/mm)时＞0.377, 在特征频率10 lp/mm(对应像方80 lp/mm)时＞0.139的结果,大部分视场传递函数提高到棱镜补偿方案的1.6倍,同时各视场成像质量都比较均衡。     

无遮拦折反射红外光学系统

提出了一种新型无遮拦红外折反射光学系统的设计方法以解决原系统存在的中心遮拦问题。分析了传统离轴两反望远系统由于存在线性像散而无法实现无遮拦设计的原因,给出了消线性像散的条件。基于上述条件提出了通过对接共轴透镜组实现无遮拦折反射系统设计的基本思想。最终,通过联接不同的中继镜组完成了无遮拦中波、长波红外系统的设计。设计的应用于制冷型3~5μm中波和8~12μm长波红外的两套无遮拦折反光学系统的焦距为200mm,F数为2,全视场为2.75°×2.2°。各视场光学传递函数显示设计的光学系统的成像质量接近衍射极限。得到的结果表明,利用消线性像散的共焦离轴两反系统与同轴透镜组联合设计,可以得到高性能无遮拦的折反射红外光学系统。