气压对车载光电系统成像质量影响的仿真研究

为了研究气压对车载光电系统成像质量的影响,在分析气压变化对光电系统离焦影响的基础上,建立了气压引起光电系统成像模糊的数学模型。通过建立某轮式火炮瞄准镜的光学系统模型,并设置不同的环境气压对系统模型进行仿真分析,最终得到了不同气压下该瞄准镜的成像仿真图像。利用灰度平均梯度法对仿真图像进行评价,并得出结论:环境气压越低,图像越模糊,该瞄准镜的成像质量越差。此研究对新型车载光电系统的环境适应性设计具有重要的参考价值。     

温度对车载瞄准镜成像质量影响的仿真研究

为了研究温度对车载瞄准镜成像质量的影响,在分析温度变化对光学系统结构参数影响的基础上,以某火炮瞄准镜为研究对象,建立其光学系统模型,通过设置不同的环境温度对系统模型进行了仿真分析。利用弥散斑的均方根值来表征光学系统的成像质量,得到了不同温度下该瞄准镜成像质量的变化规律。仿真结果表明:该瞄准镜在低温环境下的成像质量总体优于高温环境,并且在-20℃左右达到最优。此研究为进一步评估温度对车载光电系统成像性能的影响打下了良好基础,为新型车载瞄准镜的环境适应性设计提供了重要的参考。     

光机热集成分析法在红外光学系统中的应用

论述了温度对红外光学系统成像质量的影响.论述了光机热集成分析方法的原理和技术方法,分析了红外光学系统在温度作用下的成像质量变化.首先建立光学系统的有限元模型,进行结构分析和热分析,将温度数据传递到结构分析模型进行热弹性分析.将镜间距离变化代入光学设计软件程序,分析光学系统在温度变化后的成像质量.通过光机热集成分析,对设计参数反复修改和优化,设计满足了系统的要求.     

机载复杂红外光学系统无热化补偿方法研究

为提高机载红外光学系统的环境适应性,保证红外系统在机载动态环境中能够稳定成像,提出一种无热化加权温度补偿方法,根据每个光学元件和间隔温度变化对系统成像影响程度的不同赋予不同的权重,建立在不均匀变化温度场中光学系统的加权温度补偿模型。利用光学设计软件仿真分析,工作温度在-50～+60℃范围内仿真误差<0.5%。建立了无热化光学系统的测试平台,对无热化加权温度补偿方法仿真分析结果进行实验测试。研究结果表明,加权温度补偿模型实用性强、精度高。在机载环境温度范围内,各项误差能够控制在1.5%,满足机载环境复杂红外光学系统的被动无热化的要求。     

红外光学系统被动式无热化设计方法

红外光学系统在一定温度条件下会由于温度变化导致系统成像质量变差。利用光学材料热特性之间存在的差异,提出一种光学被动式无热化设计方法,分析了透镜组的消像差方程组并进行求解,讨论了不同透镜材料消热差和消色差的实现过程,利用不同材料合理匹配与合理分配光焦度实现热补偿。针对相同技术指标,设计了两个红外双波段光学系统并对两种系统性能进行比较,结果表明,采用热补偿措施的红外系统在-40～+60℃温度范围内弥散圆尺寸变化不大,焦距变化量小于系统最小焦深,成像质量接近衍射极限,不同温度下系统焦距的变化不影响成像质量和性能。     

最大似然空间变化图像恢复算法

在光学图像处理中,把光学成像系统看做线性空间变化系统具有普遍意义。从实际光学系统成像过程出发,考虑光学系统的点扩散函数的空间变化特性和探测器噪声特性,建立了空间变化成像模型。在此成像模型基础上,基于最大似然法提出了空间变化的Richardson-Lucy(SVRL)图像恢复算法。为了分析SVRL算法的性能,实验中利用ZEMAX软件计算不同视场的点扩散函数,而后利用此空间变化点扩散函数进行成像仿真,得到仿真成像结果,最后分别采用0视场、0.5视场、0.7视场、1视场的点扩散函数以及空间变化点扩散函数对仿真图像进行恢复。实验结果表明,对于实际的空间变化光学系统,SVRL算法的图像恢复效果十分有效。     

温度梯度对红外光学系统成像质量的影响

利用有限元分析方法对温度梯度环境下的红外光学系统进行仿真分析,并对系统的成像质量进行了评价。利用ANSYS软件建立了某红外光学系统的有限元模型,分析了红外透镜在温度梯度作用下的镜面面形变化;用Zernike多项式拟合变化后的镜面面形数据,并将Zernike系数代入光学设计软件ZEMAX中,分析变形后光学系统的成像质量。结果表明,轴向温度梯度和径向温度梯度均会使光学元件的面形发生变化,使光学系统产生像差,导致系统的成像质量下降。在温度梯度相同时,径向温度梯度对成像质量的影响比轴向温度梯度更严重。     

无热技术在光学系统中的应用

围绕环境温度对光学系统性能的影响及其解决方法．分析了温度效应的三个方面的因素：光学元件的折射率、曲率半径和中心厚度以及光学元件之间的空气间隔,并讨论了这三个因素与温度变化之间的关系。提出使用无热设计来消除温度效应对光学系统的影响．并且比较了当前三种无热技术之间的优缺点。最后给出了一个红外光学系统作为例子予以分析,在设计过程中使用了机械主动式无热技术,以补偿温度变化所产生的影响,通过比较使用无热设计前后系统的成像质量．说明了无热设计可以消除光学系统中温度效应的影响,使系统在较大的温度范围内保持较好的成像质量。     

温度对红外光学系统的影响分析及消热差设计

分析了温度对红外光学系统结构参数的影响,计算了温度变化引起系统的离焦量和调制传递函数,给出了红外光学系统消热差设计的基本原理;利用ZEMAX光学设计分析软件,结合实际的长波红外光学系统,分析其在20℃,－40℃和60℃时的成像质量。分析结果表明,该系统在常温时成像质量接近衍射极限,系统全视场调制传递函数在特征频率20 lp／mm处达0.6,87.6％的能量集中在探测器的一个像元内,成像质量优良;但是当温度在－40～60℃变化时,系统成像质量急剧恶化,不再满足使用要求,在分析的基础上采用折衍射混合光学被动式消热差技术中对其进行进一步设计,经消热差设计后该红外光学系统的成像质量得到了极大的改善,全视场调制传递函数在特征频率20 lp／mm处达0.55以上,且能量分布集中,满足红外探测系统的使用要求。     

温度变化对光电系统成像模糊的影响研究

针对温度变化使光电系统成像质量下降的问题,从图像模糊程度的角度,分析了温度变化对系统离焦的影响,建立了离焦模糊图像的数学模型,进而揭示了温度变化对成像模糊的影响规律。利用建立的数学模型,对一幅清晰的图像进行仿真实验,仿真结果表明:温度变化越大,光电系统成像越模糊。通过研究温度变化对光电系统成像模糊的影响,为光电系统的环境适应性设计提供了重要的参考。     

温度和应力动态变化对球形头罩的光传输影响

高速飞行器在大气层中飞行,光学头罩与来流相互作用,其温度和应力应变在飞行过程中会动态变化,引起头罩材料折射率的改变,进而影响光线传输。文中在对飞行过程中球形头罩温度和应力应变动态模拟的基础上,计算随时间变化的折射率场,并利用光线追迹方法计算光线通过头罩出射面的光程差,通过光学评价方法以及图像退化仿真直观得出其对头罩光传输的影响。结果表明,头罩温度和应变变化对光传输的影响较大,并且飞行速度的提高变得更为严重     

车载光电平台动力学响应试验研究

为了研究车载光电平台的动力学响应,本文在分析载车动力学环境的基础上,根据工程实际对某型轮式火炮进行了跑车试验,利用振动冲击测试系统采集了车载光电平台的振动加速度响应数据。利用功率谱密度函数对振动响应数据进行了分析,得到了在不同路况、不同车速条件下光电平台动力学响应的变化情况,了解了光电平台实际的振动情况,总结得出了光电平台显著的动力学特性,对进一步分析振动对光电成像系统性能的影响打下良好的基础,并对光电平台的抗振设计具有重要的参考价值。     

像旋扫描在红外成像系统中的应用研究

分析了采用像旋扫描原理扩大视场的途径,并建立了一个二次成像结构的设计模型.采用别汉棱镜作为像方一维扫描器件,并通过偏置致冷型中波红外探测器,实现了光学系统出瞳与冷光阑的完全匹配.此外,采用光学被动消热差以保证不同温度下的像质.该模型的相对孔径为1∶3,波长为3.7～4.8μm,焦距为34 mm,视场为士20°.通过采用...     

高空高速环境热光学分析及光学窗口设计

为提高高空高速环境下机载光谱相机光学系统的成像性能,分析了飞行高度对光学窗口面型变形的影响,合理设计光学窗口厚度。基于有限元流固耦合、流热耦合模型,仿真高空高速环境下气动压力、气动热载荷对光学窗口的作用,分析了飞行高度对不同厚度光学窗口面型变形的影响;初步选择光学窗口厚度,利用Zernike多项式对该光窗面型变形进行拟合并输入光学软件,以MTF及波相差为评价指标,分析了光学窗口变形对光学系统成像性能的影响,最终确定合理的光学窗口厚度。结果表明:飞行器在5～30 km高空以3 Ma速度、5毅攻角飞行时,口径200 mm的光学窗口合理设计厚度为15 mm。为不同飞行高度范围光学窗口厚度的选择及优化提供了一定依据。     

狭缝调相式分置式斯特林制冷机性能试验验证

给出了用来验证上两部分的大量系统试验结果,系统地研究并验证了整机内参数波动特征、压缩活塞与排出器之间的影响关系、冷头温度与调相器间隙对整机性能的影响,同时,以整机运行的冷头最低温度对其运行性能进行了检验,实时测量了各个气动腔内气体压力波动、排出器与活塞运动,这样有助于更加清晰地了解整机内部的工作机制.实验结果表明,试验数据与模拟结果吻合良好.     

超音速共形光学系统动态热差实时校正研究

随着科技的发展,高速度飞行器对成像质量的要求越来越高。研究了含共形整流罩系统在超音速飞行时由于摩擦生热对其产生的光机性能影响,设计了应用长径比为1的共形整流罩的共形光学系统,系统采用楔形镜进行视场扫描,瞬时视场2=4,扫描视场2=60,完成了速度为3Ma、攻角为0共形整流罩空气动力学仿真实验,得到了共形整流罩在超音速飞行情况下的表面温度分布值,通过流固耦合,计算出整流罩在高速飞行时不同时间段的面型变化量。通过拟合,将热形变量以Zernike系数的形式施加到共形光学系统中,观察其对成像质量的影响。结果表明:共形整流罩在飞行中所引入的动态像差会对光学系统的成像质量产生影响。为保证系统精度,文中通过采用空间光调制器（Spatial Light Modulator,SLM）对不同时刻的像差进行校正,校正后系统成像质量接近衍射极限,实现了对共形光学系统在高速飞行下所产生的动态热像差进行校正,对高精度飞行器有着重要科学意义。     

缓冲气压对CO2激光Al靶等离子体参量的影响

为了研究缓冲气压对激光等离子体参量的影响,利用CO2,激光烧蚀A1靶产生等离子体,缓冲气压变化范围为10-4Pa～2103Pa,激光脉冲能量为180mJ/脉冲,在局域热平衡和光学薄等离子体假设下,采用发射光谱法计算了等离子体的电子温度和电子密度,并研究了缓冲气压对这些参量的影响。结果表明,等离子体的电子温度和电子密度分别在1.05eV～2.47eV与1.951016cm-3～10.5 1016cm-3范围内,Al等离子体的电子温度随气压的增大而减少;低缓冲气压时,电子密度随气压增大而减小,当气压达到600Pa时,激光脉冲会击穿空气形成等离子体,电子密度又开始上升,当气压超过3000Pa时,空气等离子体会屏蔽激光脉冲能量,使到达靶面的激光能量急剧下降,Al原子的特征谱线也随之减弱而几乎消失。这一结果对理解缓冲气压对激光与物质相互作用过程的影响是有帮助的。