中波红外导弹用高强纳米红外陶瓷整流罩特性研究

红外整流罩位于导弹的最前端,是红外导弹的主要部件之一.根据其工作环境的要求,红外整流罩应具有良好的光、机、热等性能.目前,中波红外导弹的红外整流罩主要采用氟化镁、蓝宝石、尖晶石、ALON和纳米复相陶瓷等材料制造.本文提出了一种高强稀土氧化物稳定的ZrO2纳米红外透明陶瓷整流罩,通过对陶瓷材料的特性进行研究,证明了该种材...     

气动热环境下共形整流罩热辐射特性研究

高温整流罩产生强烈的红外辐射,在探测器接收面上形成背景噪声,严重影响成像质量。为了评估气动热环境下高速飞行器共形整流罩热辐射对探测器性能的影响,建立了气动热环境下整流罩热流固耦合计算模型、整流罩热辐射发射以及传输模型,计算了整流罩非均匀温度场、形变场、应力以及应变场,仿真得到了共形整流罩热辐射对高速飞行器光学系统成像质量的影响。研究结果表明:随着时间的不断增长,探测器接收面的最大辐照度也逐渐增大。在第10 s时,0°攻角下共形整流罩热干扰辐照度最小值为0.094 W/m2,最大值为0.108 W/m2。和相同工况下的共形整流罩相比,球形整流罩10 s时的最大辐照度分别是椭球面和抛物面形整流罩最大辐照度的近12倍和7倍,即共形整流罩产生的干扰对探测系统的影响较小,不会对探测器的探测性能产生致命性的影响。     

二次曲面共形光学整流罩面型设计

椭球形整流罩产生较大的空气阻力,限制了精确制导武器的作战性能。以减小空气阻力为主要目标,针对二次曲面共形光学整流罩进行研究,设计综合性能较为完善的整流罩面型。应用计算流体力学方法,计算了共形整流罩的空气阻力系数,建立了共形整流罩空气阻力评价函数。基于光线追迹理论,以不同目标视场下的平均波前误差作为像质评价指标,构建了共形整流罩像质评价函数。以雷达散射理论为基础,计算了整流罩的雷达散射截面积,给出了共形整流罩雷达散射特性评价函数。结合空气阻力、光学成像质量和雷达散射特性,建立了二次曲面共形整流罩综合性能评价函数,确立了长径比为1.5的抛物线型整流罩具有较好的综合性能。相比椭球形整流罩,该抛物线形整流罩减少了约1/3的空气阻力。     

二次曲面共形整流罩像差影响因素分析

传统整流罩为半球形或半球形的一部分,产生的空气阻力较大,不利于武器飞行速度的提高。基于空气动力学性能的考虑,采用共形整流罩的光学技术被提出。文章描述了二次曲面共形整流罩外表面、内表面的设计方法及面型表达式,通过在CODEV中建立共形整流罩的扫描成像模型,应用Zernike多项式分解法研究了不同长径比、边缘斜率、口径比和回转中心位置对离焦像差(Z4)、像散(Z5)、彗差(Z8)和球差(Z9)的影响规律。研究结果表明:二次曲面共形整流罩引入的离焦像差、像散、彗差和球差均随着长径比、边缘斜率和口径比的增加而增大,但对成像系统回转中心的位置不敏感。因此,在满足武器的空气动力学性能条件下应尽量减小长径比、边缘斜率和口径比,回转中心的位置主要根据结构需要进行设计。     

红外共形整流罩热噪声分析与修正

飞行器在大气层中超音速飞行时,被气动加热的光学整流罩产生强的红外辐射,降低了红外目标的跟踪识别能力。分析了共形光学系统整流罩热噪声的产生机理,利用红外黑体,对320K~460K的整流罩热噪声进行了测试。利用二元非线性回归分析法确定了二次曲面作为噪声修正模型,其曲面拟合的决定系数均值达到0.8683。在整流罩温度从460K下降至320K的过程中,对1K温差的靶条成像,图像信噪比均值为7.2dB。利用噪声修正模型对图像进行噪声修正后,图像信噪比均值提高至13.7dB,使红外图像信噪比提高了6.5dB。该结果为导引头目标识别跟踪系统的设计和光学系统的优化提供了部分依据。     

红外导引头探测能力的数学建模

分析了影响红外导引头探测能力的关键因素 ,采用噪声等效通量密度来表征导引头系统的探测能力 ,研究了系统的信噪比 :目标的红外辐射包括目标自身的热辐射 ,以及目标反射地球、太阳和天空的辐射。作用在探测器上的总的噪声等效通量密度为大气背景的噪声等效通量密度和系统自身的噪声等效通量密度的均方根和 ,推导出了红外导引头探测能力的数学模型 ,并对大气光学效应和气动光学效应的影响进行了初步讨论。     

利用衍射光学元件进行共形整流罩像差校正的研究

建立了共形整流罩的模型结构，分析了其成像特性，并提出了采用加入衍射元件的方法来设计共形整流罩后的校正板，软件模拟结果表明带有衍射面的校正板能够进一步地改善共形整流罩成像质量. 关键词： 共形光学 整流罩 像差校正 衍射光学     

共形整流罩像差特性分析及校正方法

共形结构不仅具有良好的空气动力学性能,且不存在由于表面不连续造成的热梯度等问题,因而采用该结构的导弹整流罩更有利于导弹系统作战性能的提高。但共形结构中采用的非球面罩曲面使整流罩表现出许多不同于球形结构的动态特性,这给导引头中光学系统的设计带来很多困难。在分析共形结构一阶特性的基础上,利用矢量像差理论详细分析该结构中初级像差产生的原因及特点,并提出通过控制元件的倾斜和偏心来平衡所有观察视场中像差的方法。软件分析结果表明：加入倾斜偏心元件后可适当放大小观察视场中的像差,共形整流罩在各观察视场中具有较为稳定的像差特性,有效地改善了该结构的成像质量。     

大视场红外导引头光学系统消热差设计

为消除温度变化对共形光学导引头像质的影响,利用光学被动消热差理论对具体设计方法进行实际分析.根据消热差条件选择合理的透镜材料组合,利用衍射元件特殊的光热特性采用折/衍混合结构进行消热差设计.采用椭球形共形整流罩结构减小空气阻力,降低导弹头部气动加热效应,利用三片式反远距结构实现短焦大视场系统设计.该系统工作波段为3~5 μm,系统F/#为2,视场角为±90°;凝视结构的导引头光学系统后工作距达22.8 mm,为制冷型探测器留有足够的空间;冷光阑效率为100%;在-40℃~60℃温度变化范围内,15 lp/mm处全视场MTF值均大于0.4,满足高准确度定位导引头系统对成像质量的要求,保证了系统的轻小型设计.     

大视场红外导引头光学系统消热差设计

为消除温度变化对共形光学导引头像质的影响,利用光学被动消热差理论对具体设计方法进行实际分析.根据消热差条件选择合理的透镜材料组合,利用衍射元件特殊的光热特性采用折/衍混合结构进行消热差设计.采用椭球形共形整流罩结构减小空气阻力,降低导弹头部气动加热效应,利用三片式反远距结构实现短焦大视场系统设计.该系统工作波段为3～5 μm,系统F/#为2,视场角为±90°;凝视结构的导引头光学系统后工作距达22.8 mm,为制冷型探测器留有足够的空间;冷光阑效率为100％;在-40℃～60℃温度变化范围内,15 lp/mm处全视场MTF值均大于0.4,满足高准确度定位导引头系统对成像质量的要求,保证了系统的轻小型设计.     

红外成像寻的器技术研究

为提高精确制导系统中红外寻的器的光电对抗能力，利用玫瑰扫描技术实现了光学系统成像探测。该项技术研究的关键是线阵列探测器和卡氏光学系统的设计。通过引入计算机图像帧处理，实现了目标的解算。在介绍技术方案的同时，对关键技术进行了分析，原理样机已在实验室调试完成。导引头的测试数据和仿真试验结果表明：导引头抗红外诱饵干扰能力大大提高，该技术研究方案是可行的，可用于便携式防空和舰载末端防空等精确制导武器中。     

红外光谱仪在红外电磁波吸收材料研究中的应用

以Lambere-Beer定律为基础．根据傅里叶变换红外光谱仪的特点，提出了红外电磁波吸收材料吸波性能的测试方法，并对非晶态SiO2粉末材料的红外电磁波吸收特性进行了讨论．实验结果表明。该方法简便、快速、可操作性强．     

某型激光导引头光电系统建模与测试方法研究

建立了激光导引头跟踪回路的数学模型,根据实际情况设计了仿真系统环境,提出了一个易于实现的可靠的激光导引头静态测试和动态测试的仿真系统方案以及在全弹道仿真条件下验证导引头数学模型准确度的仿真方案。目前该系统已经成功应用于某型激光制导武器的半实物仿真。     

红外隐身技术述评

本文讨论飞机、舰船及地面目标的红外隐身技术．目前飞机、舰船及地面目标采取的红外隐身措施，主要是综合使用冷却、屏蔽、遮挡和红外隐身涂料等手段，达到消除或模糊目标与背景间的温差。降低目标红外辐射的强度和亮度．限制目标红外辐射方向等目的。文中还评述了目标的红外隐身技术今后发展趋势。     

基于光纤陀螺的教学实验寻北仪

光纤陀螺可测量沿其轴向转动角速度,利用此功能通过四位置法可以实现寻北、实验室所在纬度以及地球自转角速度的测量.本文介绍光纤陀螺寻北仪和四位置法的工作原理.另外还介绍了寻北仪的实验装置和基本操作过程,以及对数据的处理方法.     

半球蓝宝石整流罩制造技术研究

整流罩在高速飞行中既要对空气进行整流,同时又起光学窗口的作用。蓝宝石材料硬度高,加工非常困难。分别从精磨模、精磨磨料、抛光膜层、抛光辅料、机床速度和压力等方面介绍了一种加工蓝宝石整流罩的工艺方法。     

共形光学技术

共形头罩可大大减小空气阻力,提高导弹在速度与射程方面的性能。介绍了精确共形光学技术,设计的关键在于校正共形头罩在全部视场的动态像差,讨论了采用旋转/平移位相板、拱形校正器等像差校正方法。简要说明了共性头罩加工、试验及应用状况,指出共形光学技术是未来高速导弹整流罩技术的发展方向。     

地对地导弹可见光与红外成像导引头技术研究

图像制导导引头信息处理是当今精确制导武器的关键技术之一。首先讨论了地对地导弹可见光与红外光学导引头技术的国内外研究现状,然后结合导弹使用的实际需要给出了研究方案.基于该方案的可见光与红外光学末制导模块基本能够满足地对地导弹的实际要求.最后介绍了业已取得的技术成果,包括:典型目标的快速自动识别算法,图像复原算法,图像融合算法的实验结果,以及双通道四DSP图像融合硬件平台。     

Tm3+离子掺杂氟铝酸盐玻璃红外及上转换光谱性质

制备了Tm^3 掺杂氟铝酸盐玻璃，以实测的吸收光谱使用Judd-Ofelt理论详细计算了Tm^3 在氟铝酸盐玻璃中的光谱参数，在此基础上研究了Tm^3 离子掺杂氟铝酸盐玻璃的上转换光谱性质和红外光谱性质。研究表明：在800nm激光二级管激发下，1.45μm（^3F4→^3H4)荧光浓度猝灭要明显强于1.77μm（^3H4→^3H6)荧光；在655nm激发下上转换荧光主要是由单个Tm^3 离子的步进二光子吸收过程所致。