大口径离轴反射式星模拟器光机结构设计

根据高精度星敏感器地面测试任务中模拟无穷远处目标星体的实际应用需求,针对常规星模拟器体积庞大,装调及校准困难等实际问题,设计了一种大口径、长焦距、可实现自准直功能的离轴反射式星模拟器光机结构,用来模拟无穷远处的恒星所发出的平行光。采用离轴反射式光学设计,避免中心遮拦。采用光管焦面分光方式,通过半透半反式分光镜的反射与透射功能实现光路的传递,压缩了镜筒长度;通过探测器接收分光镜透射的光像可直接辨别光学系统的准直性能,便于装调,且方便后期使用与校准;采用顶丝调节姿态降低了装调难度。实际测试结果表明:光机系统的入瞳口径210mm,出瞳距离2100mm,整机的系统波像差(rms)测量值为0030 λ,可精确模拟0～7等星,工作波段500～800nm,满足当前对高精度星敏感器的标定技术指标要求,为星模拟器的高效快速研制提供了一种设计方法。     

动态目标模拟离轴三反光学系统的设计

以同轴三反像差理论为基础,运用仿真软件确定满足设计要求的初始结构参数,基于三镜同轴,入射光束离轴,主镜和三镜顶点相交的光学设计理念,设计出一种易于装调、精度保证的离轴三反光学系统。该系统结合数字微镜器件目标生成器为装甲车辆提供动态实时模拟目标。该光学系统的工作波段为200~1200nm,焦距为2800mm,视场为2°,入瞳直径为350mm。设计结果表明,本光学系统最大相对畸变为0.1056%,各视场的波像差均优于λ/40(主波长λ=636.3nm)。在70lp/mm下,本系统的调制传递函数(MTF)均优于0.54,接近衍射极限,成像质量好,满足无穷远动态目标模拟需求;对加工和装配进行公差分析后可知,光学系统的MTF值大于0.4。     

离轴反射式光学系统的研究进展与技术探讨

离轴反射式光学系统具有大口径、宽光谱,高分辨率等特点,在空间与远程探测技术领域具有良好的应用前景。离轴反射式光学系统的复杂性加大了其设计与工程化的难度。本文在分析其特点的基础上,结合国内外的研究情况,对其设计方法、波前探测、计算机辅助装调、光学零件加工检测、轻量化等技术进行探讨。     

离轴反射光学系统像差特性研究

以轴对称光学系统的初级矢量波像差理论为基础,通过引入孔径缩放因子和孔径偏移矢量,获得了离轴反射光学系统初级像差特性。通过分析可知:离轴反射光学系统的初级像差依然由球差、彗差、像散组成。由于孔径缩放因子存在,离轴反射光学系统的波像差系数均有不同比例的减小,且轴对称光学系统的高级孔径像差会在对应离轴光学系统中引入较低阶孔径像差,例如轴对称光学系统未校正球差,对应的离轴光学系统除过球差外还将引入彗差、像散等。相比于轴对称光学系统的像差,由于孔径偏移矢量的引入,离轴反射光学系统的像差不再关于中心视场旋转对称,有可能在轴外视场产生像差零点。     

离轴三反射镜光学系统研究

离轴三反镜光学系统具有高分辨率、大视场、质量轻、小体积等优点,能够满足空间对地遥感、红外系统多波段探测以及空间探测系统等的要求,使其光学系统具备高分辨率、小型化、轻量化等特点,成为研究的热点.以离轴三反射镜光学系统设计方法为基础,重点分析并讨论了三反射镜系统初始结构参量的确定方法.主要对传统的初始结构参量确定方法进行了分析,讨论了三种不同结构类型情况下系统各几何参量的求解范围,有利于系统根据实际需要合理选择结构参量.比较了两种初始结构设计方法的优缺点,指出了各自的适用情况.最后依据理论研究进行了实例设计,从像质的评定结果可以看出,系统成像质量接近衍射极限.     

基于棱镜的红外目标模拟器光学系统研究

针对某型装备测试仿真用中波红外目标模拟器,研制配套透过率高、空间均匀性好、结构紧凑的高性能红外光学系统,以满足模拟器总体设计指标和具体使用需求。根据DMD核心器件红外光调制工作原理,采用了基于TIR(全内反射)棱镜的中继光学子系统,从DMD转动夹角的限制出发,利用光学全反射定理,采用最小的角度空间设计,用一对光学棱镜使照明系统入射的光线与DMD反射的光线分开,在折衍混合式红外成像光学子系统设计匹配下,该光路系统相比反射式光路镜组结构紧凑,相比透射式棱镜方式能量透过率高。在经过光路设计仿真验证的基础上,开展了光学机械设计和研制加工及测试,最终红外光学镜组成功应用到红外目标模拟器研制中,满足了模拟器总体指标体系要求和使用需求,取得了良好效果。     

0.9μm激光目标模拟器

0.9μm激光目标模拟器是激光跟踪雷达实验室设备。用它来模拟动目标角信息。本文叙述了它的主要技术性能、基本工作原理、光学系统、结构和它的应用。     

被动消热差的大口径离轴光学系统

为了提高大口径离轴反射式光学系统的环境适应性,设计了被动消热差的大口径离轴光学系统。首先通过技术比较,确定了机械被动式的补偿路线。随后通过光学和机械材料的选取、光机结构的优化和补偿结构的计算,利用简单机械结构实现了系统的无热化。最后对系统的设计结果进行了仿真,分析了系统在-40 ℃、20 ℃和+55 ℃的光学传递函数。分析结果表明,利用该方法实现的大口径离轴光学系统完全满足温度补偿的要求,同时具有体积小、重量轻、易于实现且补偿精度高等优点。     

结合矢量像差理论的离轴三反红外光学系统设计

多谱段、大相对口径、大视场红外光学系统具有探测精度高、噪声低、能够以凝视方式获取大场景红外图像等优点,因此成为光学系统设计的一个重要研究方向。文中介绍了此类系统的一般设计思路,提出了一种结合矢量像差理论的离轴三反红外光学系统的设计方法,该方法能够大幅度提高系统的设计效率。给出了一个设计实例,其焦距值为90 mm,F数为3.0,视场角为20°×20°,能够在中波红外和长波红外两个波段清晰成像,并且在各个视场下的MTF都能够达到或者接近衍射极限,该设计实例验证了该方法的有效性和可行性。     

大视场离轴三反光学系统设计

针对地球环境遥感的大视场和宽 光谱的应用需求,在同轴三反光学系统的基础上,通过 视场离轴实现了无中心遮拦,并设计了一种焦 距为120 mm、F数为3.5、工作波长为0.4~1.65 μm、像元尺 寸为7.5 μm以及采用Cook三片式结构的光学系统。在没有使用自由曲 面的情况下,实现了30°×4°的大视场。其中,主镜为六 次双曲面,次镜为二次扁椭圆面,三镜为四次扁椭圆 面。在全视场范围内,该系统在奈奎斯特频率处的调制传递 函数(Modulation Transfer Function, MTF)大于0.6,接 近衍射极限。其弥散斑直径的均方根值小于探测器的像元尺 寸,畸变小于2.5%,说明本文系统具有优良的成像性能。     

新型多功能目标模拟器光学系统的设计

针对现有目标模拟器不能用于多传感器光电设备调焦调轴过程、无法满足其装调需求的问题,设计仿真了一种新型多功能目标模拟器光学系统。本文确定了该目标模拟器的光学方案,采用了中波红外、长波红外、激光、可见光多波段共孔径复合形式,对各分系统进行了详细设计和仿真。作为多传感器光电设备焦距调试以及各波段光学系统光轴一致性调试过程中的核心设备,该目标模拟器可以为其提供调焦和调轴基准并提高调焦和调轴精度,该目标模拟器集成度高、结构紧凑、小巧便携,便于后续自动化扩展。     

复合目标模拟器电磁仿真的研究

为了对红外/微波共口径目标模拟器的电磁特性进行有效的仿真分析,采用全波数值算法矩量法(MOM)、多层快速多极子(MLFMM)算法和高频近似物理光学法(PO)相结合的混合电磁算法对所设计的红外/微波共口径目标模拟器电场的幅度和相位进行了计算,并对该模拟器应用于测试比幅单脉冲接收机特性进行了仿真计算,仿真结果表明:共口径目标模拟器能够很好的对红外/微波复合比幅单脉冲接收机红外与微波测角指向的一致性进行评估.     

新型机载多脉冲激光雷达目标信号模拟器

研制多脉冲激光雷达目标信号模拟器,用以评估回波数字信号处理算法及其实现平台的性能。首先,介绍了目标信号的主要组成以及回波信噪比的两种定义。接着,基于激光雷达方程及1.064μm激光器的辐射激光的光电接收实验,获取信号波形并对目标回波信号组成进行分析,结合空中目标的回波脉冲展宽建立了机载脉冲激光雷达目标回波信号模型。之后,提出了依据电压信噪比产生回波观测信号的方法。最后,给出了基于"FPGA+高速D/A+USB2.0数据传输"的目标信号模拟器软硬件实现,可为回波信号处理器提供信噪比为1-9的静、动目标回波及主波信号。     

激光成像目标模拟器建模方法

激光成像目标模拟装置是激光雷达半实物仿真系统中的关键部件,其关键技术之一是目标建模。研究了激光成像目标的建模方法,以坐标变换理论为基础建立了目标模型,并搭建实验装置对模型进行验证。通过对不同视角下扫描的部分目标信息进行数据配准,得到目标的整体信息,然后根据视点坐标变换关系,可以在空间中任意视点获得目标的信息,以供图像生成系统生成图像。实验结果与理论值相似度高,验证了建模的正确性,为激光雷达回波目标模拟器获取目标信息提供了一条可行的途径。     

便携式红外目标模拟器系统设计

为了满足光电探测设备对不同温度环境下多波段的目标模拟需求,设计了一种便携式红外目标模拟器,选用可切换的黑体光源来进行照明,实现3～5μm和8～14μm的中波红外和长波红外的辐射特性。作为准直系统的平行光管口径为110 mm,考虑到中心遮挡问题,采用离轴反射式光学结构。在装调时利用该结构对300 mm口径的参考平面镜进行测量,测试结果 PV值为0.356λ(λ=632.8 nm),RMS值为0.047λ。采用MSC. Patran进行建模,利用有限元分析方法完成了系统的光机热分析,在-10～50℃工作环境下,由温度变化引起的主次镜面形变化为纳米级别,对中红外波段可实现实时稳定成像,为光电探测设备提供宽波段的多种直接模拟目标。     

数字阵列雷达目标模拟器设计

基于数字阵列雷达目标回波的特点,构建了在线目标模拟器。通过实时计算,实现对不同运动轨迹的多批目标以及目标环境的模拟,可加快系统调试以及系统功能验证。     

激光近炸引信目标特性测试方法分析

武器装备的设计原则是力求实现装备与作战环境的最佳匹配。只有把目标放到特定环境中研究,所得结果才有实用价值。激光近炸引信目标特性测试包括目标与背景激光反射的空间特性和时间特性测试。从工程实际出发,分析了激光引信目标特性测试的原理、方法、数据与建模技术,并重点介绍了对地面目标激光引信目标特性测试的有关问题。     

红外动态场景目标模拟器系统设计

红外动态目标模拟器系统是红外制导武器半实物仿真系统中的核心设备,具有重大的军事和经济意义.以某空地导弹成像导引头半实物仿真系统为应用对象,采用微反射镜阵列(DMD)为核心器件,设计开发了基于DMD的大场景红外动态目标模拟器系统.针对模拟器系统的分辨率、对比度、最小可分辨温差、灰度等级等关键技术指标,对DMD芯片的信号解...