无热化红外导引头变焦光学系统设计研究
发布时间：2022-07-20 16:38
红外变焦光学系统以其大视场搜索目标、小视场详查目标的优点受到研究人员的重视，但是如何在温度变化范围较大、体积有限的红外导引系统中使用尚具有一定的困难。因此，研究红外变焦光学系统的无热技术具有重要意义。本文以红外导引头为平台，在此基础上，用光学被动式补偿方法设计了温度范围为45oC~55oC、焦距为50mm~150mm连续变焦的红外中波变焦光学系统，系统成像质量符合要求。具体包括以下内容：首先，结合红外导引头光学系统的特点，提出了课题的设计指标；讨论了探测波段的选择以及探测器件的选取，确定了变焦光学系统的参数及结构形式。并论证了指标的可行性。其次，介绍了变焦光学系统的几种补偿方法，重点对机械补偿法中的负组补偿进行了高斯解分析；用MATLAB编程求出了负组补偿变焦光学系统的初始结构，并利用CODEV设计了中波红外的变焦光学系统。再次，介绍了无热化技术的三种手段；系统地分析了环境温度的变化对光学系统成像质量的影响；利用CODEV进行了红外变焦光学系统的无热化设计，将衍射面和非球面加入了光学系统设计中，成功的解决了变焦光学系统无热化设计的难题。分析了系统的成像质量，包括系统的MTF、点列图、畸...
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及其研究的目的意义
1.2 无热化红外变焦光学系统发展现状
1.2.1 无热化红外变焦光学系统国内发展现状
1.2.2 无热化红外变焦光学系统国外发展现状
1.3 主要研究内容
第2章 导引头光学系统设计方案
2.1 光谱波段的选择
2.2 光学系统参数的确定
2.2.1 探测器的选择
2.2.2 光学镜头参数
2.3 红外光学系统探测距离的估算
2.4 光学系统结构形式的选择
2.5 本章小结
第3章 变焦光学系统的设计
3.1 变焦系统基本概念和补偿方法
3.2 负组机械补偿变焦系统理论
3.2.1 负组补偿变焦系统计算公式
3.2.2 负组补偿变焦光学系统高斯解分析
3.3 变焦光学学系统设计实例
3.3.1 光学系统初始结构的计算与设计
3.3.2 优化后的变焦光学系统及其像质评价
3.4 本章小结
第4章 无热化红外导引头变焦光学系统设计
4.1 光学系统无热化技术
4.1.1 无热化技术的分类
4.1.2 常用红外材料的特性
4.1.3 衍射光学元件的特性
4.2 温度的变化对系统像质的影响
4.3 变焦光学系统的无热化设计与优化
4.3.1 无热化红外变焦光学系统的设计
4.3.2 无热化红外变焦光学系统的优化
4.4 无热化红外变焦光学系统的像质分析
4.5 本章小结
第5章 光学系统的冷反射分析及衍射元件工艺性分析
5.1 光学系统冷反射分析
5.1.1 冷反射形成的条件
5.1.2 反应冷反射大小的特征量及其控制方法
5.1.3 变焦光学系统的冷反射分析
5.2 光学系统中衍射光学元件的工艺性分析
5.2.1 衍射光学元件的相位分布
5.2.2 衍射光学元件的加工
5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]制冷型红外焦平面系统冷反射效应的分析与控制[J]. 刘洋,安晓强. 光学学报. 2012(02)
[2]双视场红外变焦镜头的无热化研究[J]. 邓键,童卫红,安晓强,王茜. 应用光学. 2011(01)
[3]红外热成像系统中冷反射的分析和控制[J]. 马永龙. 光学与光电技术. 2010(06)
[4]新型成像导引头光学系统的消热差设计与评价[J]. 胥尤欣. 红外与激光工程. 2008(S2)
[5]制冷型中波红外变焦镜头[J]. 王海涛,郭良贤. 红外技术. 2007(01)
[6]衍射光学及其在红外成像系统中的应用[J]. 孟剑奇. 航空兵器. 2006(06)
[7]制冷型红外热像仪冷反射效应的数理分析[J]. 李忠. 舰船科学技术. 2006(06)
[8]高性能红外成像导引头设计中值得重视的几个问题[J]. 范晋祥. 红外与激光工程. 2006(S1)
[9]红外导引头综述[J]. 赵善彪,张天孝,李晓钟. 飞航导弹. 2006(08)
[10]光学系统无热化设计在空空导弹上的应用研究[J]. 张运强. 航空兵器. 2006(03)
硕士论文
[1]中波红外变焦光学系统研究[D]. 王艳彬.哈尔滨工业大学 2010
[2]人眼安全下红外/激光导引头光学系统总体设计[D]. 付彦辉.哈尔滨工业大学 2010
[3]大相对孔径连续变焦物镜设计[D]. 陆强.苏州大学 2010
[4]红外/激光双模导引头光学系统设计研究[D]. 况耀武.哈尔滨工业大学 2009
[5]基于实测数据和粒子系统的尾焰红外图像仿真方法研究[D]. 许春圣.西安电子科技大学 2009
[6]双视场折/衍混合中波红外变倍望远系统研究[D]. 杨鹏.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3664349
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及其研究的目的意义
1.2 无热化红外变焦光学系统发展现状
1.2.1 无热化红外变焦光学系统国内发展现状
1.2.2 无热化红外变焦光学系统国外发展现状
1.3 主要研究内容
第2章 导引头光学系统设计方案
2.1 光谱波段的选择
2.2 光学系统参数的确定
2.2.1 探测器的选择
2.2.2 光学镜头参数
2.3 红外光学系统探测距离的估算
2.4 光学系统结构形式的选择
2.5 本章小结
第3章 变焦光学系统的设计
3.1 变焦系统基本概念和补偿方法
3.2 负组机械补偿变焦系统理论
3.2.1 负组补偿变焦系统计算公式
3.2.2 负组补偿变焦光学系统高斯解分析
3.3 变焦光学学系统设计实例
3.3.1 光学系统初始结构的计算与设计
3.3.2 优化后的变焦光学系统及其像质评价
3.4 本章小结
第4章 无热化红外导引头变焦光学系统设计
4.1 光学系统无热化技术
4.1.1 无热化技术的分类
4.1.2 常用红外材料的特性
4.1.3 衍射光学元件的特性
4.2 温度的变化对系统像质的影响
4.3 变焦光学系统的无热化设计与优化
4.3.1 无热化红外变焦光学系统的设计
4.3.2 无热化红外变焦光学系统的优化
4.4 无热化红外变焦光学系统的像质分析
4.5 本章小结
第5章 光学系统的冷反射分析及衍射元件工艺性分析
5.1 光学系统冷反射分析
5.1.1 冷反射形成的条件
5.1.2 反应冷反射大小的特征量及其控制方法
5.1.3 变焦光学系统的冷反射分析
5.2 光学系统中衍射光学元件的工艺性分析
5.2.1 衍射光学元件的相位分布
5.2.2 衍射光学元件的加工
5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]制冷型红外焦平面系统冷反射效应的分析与控制[J]. 刘洋,安晓强. 光学学报. 2012(02)
[2]双视场红外变焦镜头的无热化研究[J]. 邓键,童卫红,安晓强,王茜. 应用光学. 2011(01)
[3]红外热成像系统中冷反射的分析和控制[J]. 马永龙. 光学与光电技术. 2010(06)
[4]新型成像导引头光学系统的消热差设计与评价[J]. 胥尤欣. 红外与激光工程. 2008(S2)
[5]制冷型中波红外变焦镜头[J]. 王海涛,郭良贤. 红外技术. 2007(01)
[6]衍射光学及其在红外成像系统中的应用[J]. 孟剑奇. 航空兵器. 2006(06)
[7]制冷型红外热像仪冷反射效应的数理分析[J]. 李忠. 舰船科学技术. 2006(06)
[8]高性能红外成像导引头设计中值得重视的几个问题[J]. 范晋祥. 红外与激光工程. 2006(S1)
[9]红外导引头综述[J]. 赵善彪,张天孝,李晓钟. 飞航导弹. 2006(08)
[10]光学系统无热化设计在空空导弹上的应用研究[J]. 张运强. 航空兵器. 2006(03)
硕士论文
[1]中波红外变焦光学系统研究[D]. 王艳彬.哈尔滨工业大学 2010
[2]人眼安全下红外/激光导引头光学系统总体设计[D]. 付彦辉.哈尔滨工业大学 2010
[3]大相对孔径连续变焦物镜设计[D]. 陆强.苏州大学 2010
[4]红外/激光双模导引头光学系统设计研究[D]. 况耀武.哈尔滨工业大学 2009
[5]基于实测数据和粒子系统的尾焰红外图像仿真方法研究[D]. 许春圣.西安电子科技大学 2009
[6]双视场折/衍混合中波红外变倍望远系统研究[D]. 杨鹏.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3664349
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