武装直升机光电系统发展与对策

总结直升机稳瞄技术发展历程。针对目前光电技术的最新发展,对分布式孔径系统、图像融合、粗精组合二级稳定、高性能光电传感器、定向红外对抗系统等新技术进行了分析,并论证了这些新技术在直升机稳瞄系统上应用的可行性。同时对我国未来直升机稳瞄技术的发展和新技术的应用提出相应的对策和建议。     

直升机光电系统网络协同目标瞄准方法北大核心CSCD

针对直升机网络化和信息化的探测需求,提出了利用数据链信息快速引导机载光电系统实现目标瞄准的方法。分析网络信息引导过程中光电系统的目标瞄准指示误差,给出目标信息坐标转换和延迟处理算法以及光电系统瞄准线偏差估计方法,最后通过仿真实验重点研究了数据精度、数据率、延迟时间等对直升机光电系统网络协同目标瞄准的影响。仿真结果表明:减小数据延迟时间,提高数据率和数据精度是减小网络协同目标瞄准误差的有效途径,采用合理的目标信息延迟处理算法,对提高目标状态估计精度,减小目标瞄准线估计误差具有一定的作用。     

500万像素手机镜头设计

 利用ZEMAX光学工程设计软件,设计了一款500万像素的手机镜头。该镜头由4片塑料非球面透镜和1片红外滤光片组成,其光圈值F为2.85,视场2ω为60°,采用Aptina公司的一款500万像素7.94mm(1/3.2)英寸CMOS作为该镜头的图像传感器,该图像传感器的像素颗粒大小为1.75μm,截止频率为285lp/mm,即为奈奎斯特频率。设计结果显示,该镜头在奈奎斯特频率处,0.7视场以内的MTF值大于0.3,在奈奎斯特频率1/2处视场的MTF值均大于0.5,波前均方差(RMS wavefront error)小于0.1,畸变小于1%。     

直升机载光电稳瞄系统可靠性研究与分析

 稳瞄系统可靠性对直升机载武器系统可靠性具有重要影响。通过对产品可靠性概念和军用光电系统可靠性、直升机载稳瞄系统的功能和组成单元的阐述,给出了舰载直升机光电稳瞄系统的可靠性框图和数学模型。研究了舰载直升机稳瞄系统的可靠性影响因素和系统故障模式,探讨了稳瞄系统结构、光学和电气可靠性,提出通过计算机仿真对稳瞄系统可靠性进行预计分析的方法。某舰载直升机稳瞄系统在96 h可靠性试验过程中出现故障2次,达到MTBF≤32 h的可能性指标要求。对系统可靠性提前进行预估并采取相应的设计措施,保证产品可靠性达到设计要求,提高设计质量,缩短研制周期。     

直升机驾驶员夜间飞行观察导航系统

 根据直升机驾驶员夜间飞行观察系统（NVPS)的特点,对NVPS的环境适应性设计、光电传感器选取以及控制系统设计等问题进行仿真分析与计算。在系统热设计中热像仪传感器通过传导、对流或辐射将热传递到壳体上,由系统采取统一的散热措施,给出NVPS中伺服系统的2个主要工作模式,即随动与锁定的控制回路原理。仿真和计算结果表明：设计的NVPS系统中光学系统焦距为14mm,f/#为1.9,瞬时视场为2.13mrad,透射比≥80%;NVPS稳定性能可达到0.1mrad,转弯速度为30°/s,机动飞行期间的锁定误差不超过0.1mrad,对头盔的位置随动误差不超过1.5mrad,系统随动速度可达到250°/s,角加速度可达到500°/s2。     

高炮光电火控系统

序言本文叙述为瑞典皇家海军研制的两种高炮光电火控系统。第一种系统(TVT300)系舰载点防卫系统,用于对付攻击我方舰艇的敌机。该装置包括装在稳定平台上的电视摄象机和对电视摄象机视场中出现的目标进行自动跟踪的电子线路。系统的使用原理是拦阻射击,即用舰载火炮组成火网,迫使敌机从火网中通过。第二种系统卡莱(Kalle)为陆基计算机化的系统,用于对付在高炮命中距离内沿任意航路飞行的敌机。这一系统由下列主要分系统组成:电视摄象机、激光测距机、稳定平台、自动跟踪装置、计算机装置和显示器。还打算研制夜间使用的红外监视与跟踪传感器样机。     

车载红外告警系统中目标航迹管理及DSP实现

介绍了车载红外告警系统中多目标的航迹建立及目标从图像坐标到载体坐标的转换方法。系统在方位360°视场内均匀布置了6个红外传感器，天顶方向布置1个红外传感器，形成360°全半球视场。每个传感器对应1个目标检测板，系统设计有1个系统控制板，用于对目标进行坐标转换、航迹管理以及向各个检测板发送控制命令。当目标检测板完成目标检测后，便向控制板发送7个传感器中的目标信息，控制板对目标进行坐标转换使之统一于载体坐标系，在载体坐标系建立目标航迹并对航迹进行预测管理，最后通过串口向上位机输出目标在载体坐标系的位置信息并报警。实验证明，转换后的目标位置完全正确，且误差小于1°，满足系统指标要求。     

新型光电技术将改变潜艇作战

潜艇执行水上监视任务需要能在桅杆出水几秒钟内获取完整水上图像的先进光学／光电传感器。潜艇利用光学瞄准具和光电桅杆仔细探测和分辨难以辨认的目标或那些在远距离上通过协同或非协同的方式使用杂波有限弹道的目标。Kollmorgen光电公司、Zeiss Optronik公司和Thales光电公司等专业公司正在生产潜艇光电桅杆系统。其中，Thales公司为将多光谱成像传感器引入潜艇和将潜望镜传感器数据集成到潜艇作战系统铺平了道路。美国光电系统领域的专业公司Kollmorgen公司为包括阿根廷（2艘TR1700型SANTA CRUZ级潜艇）、荷兰（4艘WALRUS级潜艇）和意大利（装备6艘SAURO级潜艇）在内的世界范围用户提供各种先进的光电桅杆系统。     

无人机载型曲面仿生复眼成像测速系统

基于仿生复眼的视觉优势,将曲面仿生复眼结构应用于无人机载光电探测系统,实现机载宽视场高分辨运动目标探测。根据生物复眼的结构形态,设计了六边形排列的曲面透镜阵列作为曲面仿生复眼,辅以光学中继转像子系统和CMOS图像传感器,构成曲面仿生复眼成像测速系统。该系统的成像视场可达98°×98°,系统焦距为5 mm,角分辨率为1.8 mrad,F数为3.5,系统体积为Ф123 mm×195 mm,重量为1.35 kg。根据仿生复眼的成像原理,利用仿生复眼成像系统中相邻小眼存在的视场重叠优势,提出了曲面仿生复眼的测速原理,使得多个小眼能够同时探测场景中的同一个目标。运动汽车的测速实验表明该测速方法能够有效提高运动目标测试的可靠性和准确性。     

800万像素手机广角镜头设计

为了满足市场对高像素手机广角镜头的需求,设计出一款800万像素大相对孔径的手机广角镜头。该手机镜头由4片塑料非球面透镜和1片红外滤光片组成,镜头的光圈值F为2.45,视场角为80°,采用Omnivision公司的OV8850型号800万像素CMOS图像传感器,最大分辨率为3 280 pixel×2 464 pixel,CMOS图像传感器的像素尺寸为1.1 μm,奈奎斯特频率为454 lp/mm。设计结果显示,镜头在1/2奈奎斯特频率处,0.7视场内的MTF值均大于0.48,全视场的MTF值大于0.38;在奈奎斯特频率处,0.7视场内的MTF值大于0.15;最大畸变小于2%,因此可获得优良的成像质量。     

激光红外主被动复合导引系统

提出了采用激光主动三维成像技术配合被动红外成像技术共同工作的复合导引体制,用于提升地对地导弹的作战效能及对于隐身目标的识别能力。给出了各分系统的设计方案,并提出了合理的导引策略。该套系统能够兼顾红外大视场搜索及激光小视场三维成像,丰富的目标图像信息更加有利于对作战目标进行准确识别。整套复合光学导引系统结构简单、加工难度适中,在将整套导引系统口径控制在100 mm左右的情况下,同样能够实现4 km以上距离的导引。该项技术的提出对于我国复合导引技术的发展及我军导弹作战能力的提升有着重要意义。     

线性振动、角扰动对机载光电吊舱图像质量的影响

以直升机载光电吊舱为研究对象,分析振动对图像质量及稳定精度的影响,论述线性振动和角扰动如何使光电吊舱振动发生耦合,振动耦合从而导致系统的俯仰、方位都随光轴发生扰动,使得内部电视、热像等传感器设备随光轴扰动,使系统图像晃动,降低图像质量及稳定精度。比较线振动和角扰动对系统稳定精度影响程度的大小,提出了合理的减振方法。     

红外热成像系统、图像处理及测试技术培训班(第七届)

正2019中科院光学系列专项培训2019年10月27日-11月1日中科院上海光机所一、红外热成像技术前沿进展及案例分析国内外红外器件现状与技术新进展及应用;空间预警系统的进展;空间红外目标探测与跟踪(拦截系统);多波段光电图像融合技术;基于视觉模型的红外图像彩色融合技术:遥感图像亚像素与超分辨技     

一种直升机光电系统激光照射精度定量评估方法

针对直升机光电系统激光照射精度评估问题,提出一种利用短波红外相机监测激光照射光斑实现计算照射精度的方法。利用合适像元尺寸、波段和灵敏度的红外探测器,合适焦距、视场角的镜头,3m×3m十字靶标和摄像机搭建测试环境,实现机载光电系统激光照射光斑摄像监测与数据记录。根据该监测设备摄取的激光光斑监测视频图像,应用数据处理方法解算出机载光电系统的激光照射精度,并在飞行试验中进行了应用,切实可行。     

实现宽视场高精度测量的复合光电系统

本文提出一种复合光电系统测量方法,即用两组光电系统,其一为宽视场系统,但其测量精度较低;其二为高精度系统,但其视场较小。采用２套计算机系统将二者联系起来,运用数据结合技术,从而实现宽视场、高精度测量。这种系统适用于单目标或一簇目标测量。     

超大视场红外告警系统的成像特点分析

为了设计出适用于超大视场红外鱼眼告警系统的有效算法,对超大视场红外鱼眼告警系统所拍摄的红外图像进行分析,结果发现:超大视场红外图像中目标只表现为一个点,红外图像的背景非常复杂;对于天空背景,随着仰角的增大,其辐射亮度逐渐变小,目标的运动轨迹被弯曲,并随视场角的增大其弯曲程度越甚。从红外鱼眼镜头的设计理论出发,对系统的像面照度进行了分析,并采用美国光电工业公司的CDS100-04型黑体作为标准辐射源对分析结果进行了实验验证,结果表明:不同位置处灰度值的相对标准偏差仅为2.26%,说明该系统的像面照度是均匀的;最后,对系统的作用距离进行了分析,其作用距离约为9.6 km,基本满足实际需要。     

Development of ship-borne electro-optical tracking and fire control system北大核心CSCD

舰载光电跟踪与火控系统是一种远距离监视、跟踪与火力打击装置,按照体系结构可以分为分立式和综合式两类。对比分析了德国MSP500、意大利“梅杜莎MK4”、英国2500型、以色列Toplite、美国SeaFLIR 280-HD和380-HD、瑞典EOS 500、法国EOMS NG和PASEO等典型光电指向器的结构形式、传感器配置、作用距离及与火控系统的关系。指出光电指向器的结构由“T型”逐渐发展为“U型”,光电传感器的波段由单一波段发展为多个波段,光电跟踪系统的功能由单一功能向综合多功能转变。随着现代海战对抗加剧,舰载光电跟踪与火控系统将朝着多传感器协同探测、信息融合、多目标识别、智能跟踪、使命任务多样化方向发展。     

高清医用电子内窥镜微型CMOS摄像模组

研发并报道一个全新的130万像素电子内窥镜微型摄像模组.该模组采用低压差分信号技术实现图像数据的长距离高保真传输,它包括一个1/5.5英寸、分辨率为1 280×1 024像素的CMOS图像传感器,一个视场角为140°的小型镜头以及2个电路板.小型镜头座直接粘合到图像传感器的非光学窗口部分,两块印刷电路板垂直装配,使模组的尺寸缩小到长宽高分别为15.0 mm、5.5 mm、5.2 mm的空间.编码芯片将并行数字信号编码成低压差分信号经双绞线传出模组.搭建了实验系统并对摄像模组的实践性能进行评价.实验表明:模组分辨率达到136 lp·mm-1,图像传输距离达到2 m以上.紧凑的结构、高清分辨率图像、大视场和长传输距离使其适用于内窥镜诊治,特别是高清胃镜和结肠镜.     

一种多光路光轴平行性检测系统

介绍一种用于检测多光路光电设备光轴平行性的测试系统,该系统采用准直平行光管提供无穷远目标,并融合了CCD图像采集处理和计算机技术,通过计算目标靶十字中心和激光光斑中心之间在CCD上的像素跨距,计算出红外、可见光以及激光三轴相互间的平行性误差,系统的计算误差小于5。     

基于FPGA的拼接式CMOS线阵相机系统设计

针对单个线阵相机在大视场下传感器边缘失光的问题,提出了在保证分辨率的前提下使用多个相对较低像素的相机拼接,对视场进行分担的方法,设计了一种基于FPGA的拼接式CMOS线阵相机系统。详细介绍了系统的工作原理、硬件构成和各芯片的程序设计,实现了基于FPGA的多相机图像实时校正算法,并将校正后的图像通过高速USB芯片传输到采集软件。实验结果表明,系统在大视场下相比单相机在视场边缘具有更好的成像质量,可应用于多离散目标的检测。