透射式双波段红外搜索跟踪系统光学物镜

给出了一种适用于红外搜索跟踪系统的透射式双波段(中波/长波)光学物镜,两个波段的相对口径均为1/1.3,工作波段分别为3.7～4.8μm和7.5～10.5μm,视场为±1.75°.为提高光学透过率,物镜采用会聚光路分光,每个波段仅有4片透镜,其中各有2片采用了衍射光学表面,实测两个波段的光学透过率(含分光镜)均大于70%.     

一种基于双波段的红外搜索与跟踪系统的单站测距方法

提出了利用IRST系统的两个探测波段进行目标定位的单站测距算法,建立了系统的测量模型,推导出了相应的定位公式及径向速度公式,并对定位误差进行了系统分析.本方法同已有的单站单波段定位方法相比,其最大的优点是不依赖于目标的运动模型,从而克服了原来算法必须假定目标运动形式的缺陷.最后,通过计算机仿真验证了所提出算法的有效性及性能.     

红外双波段共光路环形孔径超薄成像系统设计

针对中长波红外双波段系统的元件数量多、结构复杂等问题,分析了环形孔径超薄成像系统的结构特点,给出了系统初始结构遮拦比的计算方法,并设计了一种适用于中长波红外双波段的共光路环形孔径超薄成像系统,焦距为50 mm、全视场为14°、F数为1。系统仅由单一光学元件构成,结构简单且光路紧凑,其轴向尺寸与焦距的比值为0.48。在空间频率20 lp/mm处,中波红外3~5 μm波段的全视场调制传递函数大于0.45,长波红外8~10 μm波段的全视场调制传递函数大于0.30,同时实现了?40~80 ℃温度范围内的红外双波段无热化。通过公差分析可知该系统具备可加工性,且基底材料为红外硫系玻璃,可以通过精密模压的方法进行批量化生产。该研究为低成本、小型化红外双波段系统的实现提供了新的思路。     

共光路红外双波段小型化光学镜头分析与设计

针对中长波共光路小型化光学系统设计需求,建立了基于高斯光学与初级像差理论且尺寸受限下的二次成像结构光学指标分配模型。主镜因其边缘光线高度高和承担的光焦度小,其球差、色差和二级光谱是该系统像差的主要来源,为矫正二级光谱,可使用“-、+、-”结构形式的高、中、低相对色散材料的透镜组合作为主镜结构,此时主镜的残余像差较小,采用场镜降低中继镜组光线高度以及非球面矫正球差等方法平衡主镜残余像差。最后开展实例设计,对提出的小型化设计思想进行验证,设计了中波波长3.7～4.8μm、长波波长7.7～9.5μm的共光路双波红外小型光学系统,总长不大于135 mm,结构小巧紧凑,光学传函接近衍射极限,工作温度范围-40～60℃,且对温度不敏感。实现了基于二次成像结构光学指标分配模型的中长波共光路小型化光学系统分析及设计,满足中长波共光路小型化光学系统需求。     

基于DSP的红外搜索跟踪系统软件设计

针对双波段红外搜索跟踪系统任务需求,基于多核DSP的通用信号处理硬件平台,结合系统功能需求、算法需求及多核DSP硬件特征,设计了一种基于主从架构的多核DSP软件架构,并完成了搜索跟踪算法与应用软件的设计与实现,在红外搜索跟踪系统中进行了应用验证,试验证明,该技术可以满足系统对红外双波段图像任务功能的实时处理需求。     

机载红外搜索跟踪系统的单站单波段测距测速模型

文中提出一种能使机载红外搜索跟踪系统（ＥＲＳＴＳ）在单站单波段条件下实现被动动态测距测速的技术方案。该方案融合了红外探测器对目标２辐射的呼应信息,利用机哉惯性导航系统（ＩＮＳ）提供了本机状态参数,建立了动态获取目标辐射的响应信息,利用机载惯性导航系统（ＩＮＳ）提供的本机状态参数,建立了动态获取目标距离和速度信息的解算模型－ＳＳＩＲ－ＶＲＭ模型。大量的仿真研究证明了该模型的可行性,其测量精度基本能满     

单筒双波段红外跟踪系统的试验与研究

介绍一种新型红外跟踪测量系统的工作原理,结构特点及基本组成。这种红外系统由单光路光学系统和“米”字型双色探测器组成,可工作在3～5μm和8～12μm波段。     

便携式多波段共孔径光学设计

设计了一款非制冷便携式可见光/红外双光系统,基于共孔径的方式,实现可见光、红外双波段同时观察的目的;可见光光路选用1280×1024的CCD,像元尺寸为3.45μm,视场角为60°,工作波段为486～656nm,光学传递函数值在空间频率50 lp/mm处达到0.3以上;红外光路选用640×512非制冷探测器,像元尺寸为17μm,视场角为60°,工作波段为8000～12000nm,光学传递函数值在空间频率30 lp/mm处达到0.3以上;整个光学系统尺寸约为160mm×100mm×50mm,满足高性能、高集成、小型化、重量轻,无视差等要求。实验证明,该系统在可见光和红外波段均具有良好成像效果,具有较强的市场竞争力。     

多谱段共孔径跟踪/引导系统光学设计

共孔径光学结构可以充分利用长焦距、大孔径光学系统高分辨率的特点,是光学系统发展的重要方向之一。文中设计了一套可见光成像、激光成像和激光测高共孔径的跟踪引导系统。共孔径设计结合了高分辨率的可见光系统与高测量精度的激光系统,使系统既可以获得目标的高清图像,又可以得到目标的相对位置信息。同时,共孔径光学结构可以压缩系统尺寸,降低光学系统在跟踪过程中的转动惯量,有利于系统的整体实现。可见光子系统的焦距1 200 mm,F数6,视场1.2;1 064 nm激光成像子系统焦距1 500 mm,F数7.5。各系统的成像质量均接近衍射极限,并通过公差分析验证了系统的公差分配结果。     

实用双波段共孔径光学系统设计

针对用于目标定位、威胁告警以及搜索跟踪等方面的双波段共孔径光学系统进行了研究,设计了一款将长波红外与激光相结合的双波段系统;该系统采用折射光学系统形式,在光路中采用分光片进行分光。该系统红外波段传递函数值在25lp/mm时所有视场均大于0.2,在激光波段0.7视场以内弥散圆直径小于0.6 mm,且该系统结构紧凑,既能满足目标搜索在捕获阶段的探测视场比较大的要求,又满足目标识别跟踪阶段的高分辨率要求,具有一定的实用价值。     

机载红外搜索跟踪系统(IRST)综述

介绍了机载IRST系统的组成、功能、特点、发展及装备现状,论述了其与FLIR的区别,对新一代红外搜索跟踪系统的要求及技术发展趋势进行了预测.     

基于谐衍射的红外双波段共口径消热差光学系统设计

设计了一种基于谐衍射的红外双波段共口径消热差光学系统.此光学系统的工作波段为3～5μm及8～12μm,焦距为45 mm,F/#为2,双色探测器为320×256、30μm制冷型探测器.谐衍射光学元件改进了衍射光学元件在宽波段上的大色散问题,解决了衍射光学元件在宽波段上的色散严重和衍射效率低下的问题.该光学系统采用谐衍射光学元件消宽波段色差和宽温度范围热差,使中波红外和长波红外在不同衍射级衍射实现谐振共焦成像,使用较少光学元件,校正了双波段红外光学系统的像差和热差.基于谐衍射的红外双波段共口径消热差光学系统在改善像质、减小体积重量、宽波段消热差等方面表现出传统光学系统不可比拟的优势.随着双波段探测器和谐衍射透镜研发制造技术的进一步发展,双波段光学系统必将在目标跟踪、识别、精确打击等军工系统中得到广泛应用.     

激光/红外共孔径无热化紧凑型光学系统设计

基于激光测距和红外目标探测需求,设计了激光/红外共孔径无热化紧凑型光学系统.系统参数设计如下:工作波段为1.064μm激光和7.7～9.3μm长波红外,入瞳直径均为120 mm;激光焦距为800 mm;长波红外焦距为240 mm,F数为2,视场为2.29°×1.83°.选择带有Ritchey-Chretien(RC)反射系统的折反式光学布局,缩短系统纵向尺寸.光学系统共用主镜和次镜,利用次镜实现激光和红外分光.长波红外采用二次成像结构,达到100％冷光阑效率.通过选择合适的光学材料、结构材料和合理分配光焦度,实现了光学被动式消热差.在-50℃～+70℃范围内,激光接收能量集中度高,长波红外成像质量良好,满足实际使用需求.     

红外搜索跟踪系统伺服机构模糊-PID控制器设计及仿真研究

针对红外搜索跟踪系统中伺服机构常用的PID控制方法参数不易整定的缺点,将模糊控制和PID结合起来,构造一种模糊-PID控制器,使PID参数能进行在线调整,通过MATLAB下的仿真,从仿真结果中得出结论:模糊-PID比传统PID控制器具有更好的动态响应品质.响应时间、超调量、稳态精度及动、静态性能都得到了很大提高.从而验证了其有效性及实用性.     

含有双层衍射光学元件的红外双波段无热化光学系统的设计

建立了工作在一定入射角度范围内的多层衍射光学元件的复合带宽积分平均衍射效率的分析模型.基于衍射光学元件所具有的独特的消色差和消热差性质,设计了一个含有双层衍射光学元件的工作在3.7～4.8μm和7.7～9.5μm红外双波段光学系统.光学系统的焦距为100 mm,F#为2,采用像元数为640×512、间距为15μm的制冷型探测器.该系统在空间频率33 lp/mm时,中、长波红外MTF分别高于0.52和0.16,最大RMS半径小于9.88μm,波前像差小于0.0705λ,最大离焦量小于焦深,在-40℃～71℃范围内实现了无热化设计.系统中采用的双层衍射光学元件在红外双波段的带宽积分平均衍射效率高于99.15％.入射到衍射面上的角度为0°～10°,该双层衍射光学元件在中波和长波波段的复合带宽积分平均衍射效率分别为97.70％和96.95％.     

红外搜索跟踪系统中实时图像配准的研究和实现

为实现在红外探测器运动的条件下地面弱小目标的快速搜索与跟踪,提出了一种基于相位相关法配准和角点法配准相结合的红外图像配准方法实现对红外图像的运动补偿.根据相位相关法配准和角点法配准的特点,首先利用相位相关法对运动中的红外图像进行粗配准,然后利用相位相关法配准的结果作为角点法配准的先验信息实现图像的高精度配准.实验结果表明该算法能够在不降低配准精度的条件下,实时地为红外搜索跟踪系统提供红外图像的位移信息,有效地提高了红外搜索跟踪系统对弱小目标的检测率和检测精度.     

红外双波段消热差系统设计

引入了光学材料双波段的平均规化热差系数 T,建立了在3～5μm和8～12μm两个波段上分离透镜消色差、消热差方程组。得到对该光学系统设计的材料选择具有指导作用的三维无热差图,并利用透视投影原理得到相应的投影无热差图。设计了视场4°、有效焦距61mm、F数为2.5、温度范围在-54～71℃、适用于3～5μm和8～12μm双波段的红外光学系统。该系统在3～5μm和8～12μm波段调制传递函数基本达到衍射极限,在空间频率为10lp/mm时,数值分别为0.87和0.68;当温度从-54℃变化到71℃时,数值波动不到0.01;轴向像差在-54～71℃温度范围内,最大值分别为45μm和93μm,都小于相应波段的系统焦深。因此,设计系统具有非常好的双波段消色差、消热差能力。     

红外搜索跟踪系统的探测概率研究

文章讨论了红外搜索跟踪系统中探测概率、虚警概率和信噪比三者之间的关系,给出了一个在此模型基础之上的实际地面告警系统的探测概率计算实例。     

一种基于兴趣区提取的红外搜索系统目标实时检测算法

针对周扫红外搜索系统对空目标探测面临的图像数据量大、弱目标检测概率低、虚警率高等难点问题,提出了一种基于兴趣区(ROI)提取的目标实时检测算法。算法分析了周扫红外搜索系统获取的图像中目标与背景的特性,根据目标运动特性与灰度特性,在周扫红外搜索系统获取的整幅全景图像中快速提取目标可能存在的兴趣区;针对兴趣区内的局部目标图像切片,进一步精细检测识别,剔除虚假目标干扰。外场试验获取的实测数据目标检测结果表明,算法针对复杂低空背景下弱目标能够实现低虚警率稳健检测,已应用到了周扫红外搜索跟踪系统的工程样机研制中。     

大视场、大相对孔径长波红外机械无热化光学系统设计

研究了大视场大相对孔径长波红外机械无热化光学系统的设计, 设计了8～12 μm波段内F数为0.8、温度在-40～60℃范 围内无热化的光学系统。结果表明,该系统结构简单,像质好,在空间频率20 lp/mm处的 光学传递函数值大于0.5。