导弹侧窗中的光传输效应

采用有限元分析与光学设计相结合的方法,构建光束在光学头罩热窗口中传输的数学模型,研究光学头罩气动热环境下光学传输理论和计算方法.通过光学追迹程序,分析了折射率分布不均匀的窗口对目标成像光束的影响.研究结果表明针对形变情况下折射率不均匀分布的窗口中光线追迹程序可行.所得结果可用于后续成像系统的研究.     

单轴晶体光学元件的光路追迹计算

本文提出一种方便应用于球面晶体光学元件的光路追迹计算方法。导出了一组较为简单的晶体空间光路计算公式。利用几何光学空间光路追迹方法,用计算机计算了几种晶体光学系统的非常光成像点列图。     

二维光学头罩热辐射干扰饱和数值模拟

针对光学头罩热辐射干扰饱和问题,应用有限元法模拟了飞行高度为15 km,马赫数Ma=4时不镀膜CVD Zn S光学头罩和表面镀上1 300 nm Hf O2的CVD Zn S的光学头罩的温度场分布情况。根据光学头罩的温度场分布,仿真得到头罩干扰辐射强度的分布,从而对光学头罩的气动热辐射效应进行评估。模拟结果表明,不镀膜和镀膜CVD Zn S光学头罩的温度值相差不大,但是Hf O2薄膜对CVD Zn S光学头罩的热辐射干扰饱和产生明显的延迟,提高了光学头罩抗热辐射效应的能力。     

汽车用光源建模与照度计算方法研究

文中研究适用于汽车前照灯光源的建模与照度计算方法,讨论测试屏上的照度计算原理,根据实际光源光束的特点分析,采用线光源近似模拟灯丝,建立点光源的抽样光线分布算法模型。将反射器导入照明系统设计分析软件LightTools,并将反射器性能在计算机上进行评估,给出自由曲面反射器在使用点光源和线光源进行非顺序光路追迹的运算实例。照度分析结果验证了采用线光源对灯丝进行建模方法以及针对自由曲面反射器的光路追迹算法的准确性。     

槽式复合多曲面聚光光伏光热供能装置性能分析

针对槽式复合多曲面聚光器聚光效率随入射偏角增大而减小的问题,文中设计一种新型槽式复合多曲面聚光光伏光热供能装置,通过在装置入光口玻璃盖板内表面增设多晶硅太阳能电池,实现了装置逸出光线的发电再利用,提高了装置非追日状态下供能总量和综合利用效率.利用光学仿真软件对不同入射偏角下装置内光线进行了追迹,计算分析了接收体表面能流...     

非球面部分补偿检测系统的误差分析与处理

为了实现非球面通用化、高精度检测,提出非球面部分补偿法,并进行误差分析与处理.在光学设计软件ZEMAX中对部分补偿检测系统进行系统建模并优化,分析器件姿态误差及装调精度对重构非球面面形的影响.通过对系统误差的分析,提出基于系统建模的光线追迹与误差存储相结合的系统误差处理方法,将系统误差归为由系统建模得到检测光路的误差和由误差存储得到不含检测光路的干涉仪系统的误差.通过计算机仿真及实验证明,部分补偿检测系统采用该误差处理方法去除系统误差后,可以由逆向迭代优化重构(ROR)技术重构出更精确的非球面面形.将该非球面面形与采用无像差点法得到的面形对比,结果较吻合,均方根(RMS)精度接近0.02λ(λ为波长).     

光学系统设计缺陷的空间光线追迹分析

利用空间光线追迹方法，模拟一激光光速实时变换系统的光学变换特性，对该光学系统的设计缺陷进行分析，提出改进方案。     

临近空间激光通信光学系统气动光学仿真分析

临近空间飞行器高速运动引起的气动光学效应对空间激光通信光学系统性能将产生影响。本文在研究了气动光学理论的基础上,采用计算机仿真方法,针对飞行高度、速度与光学系统像模糊之间的关系进行分析,结果表明激光通信光端机搭载临近空间平台时,在高度较低和超高音速飞行时,不能忽略气动光学效应的影响,在总体设计中必须加以考虑。     

旋转轴对称LED均匀照明系统设计方法

基于边缘光学理论,提出了一种应用于LED照明的光学系统设计方法,分别实现基于透镜和反射器的LED均匀照明光学系统,可在一特定距离的目标面上形成均匀圆形光斑。采用基于蒙特卡罗法的光线追迹软件对两种光学系统进行模拟仿真,结果显示,目标面上光斑的均匀度优于85%,系统效率高于90%。     

非球面光学系统的光路计算方法与编程实现

针对非球面光学系统的复杂性,给出了一种有效的光路计算方法,并导出了光路计算的通用公式和符号规则。该方法首先以光线与过折射面顶点的切平面的交点为起点,采取步进逼近的方法确定入射点在光线上的位置区间;然后利用二分法在该区间内高精度求解入射点的坐标。可高精度求得入射点法线和折射光线方位,并计算出累积光程和系统透过率。基于该方法编制的光路计算程序已应用于OCT(光学层析成像)系统的仿真研究,其计算精度和效率得到了验证。     

红外光学系统团簇污染对系统杂散辐射特性的影响

红外光学系统中光学元件表面污染粒子的存在会引起系统杂散辐射特性的变化,并导致系统信噪比的下降。本文研究讨论了光学元件表面的团簇污染模型,并以典型的卡塞格伦式红外望远镜系统为例,利用ASAP光学追迹软件,仿真分析了该系统主镜在团簇污染后的杂散辐射特性以及系统目标-背景对比度的变化,并讨论了污染团簇位置的影响。经研究分析发现,光学元件镜面的团簇污染不仅会造成系统杂散辐射特性的变化,还会使系统的目标-背景对比度明显降低。并且,污染团簇在光学元件表面沉积的位置对系统杂散辐射的影响也会有所不同,且镜面边缘附近团簇污染的影响较中心位置附近更为明显。因此,在实际应用中,需要严格控制光学元件表面污染粒子的覆盖率,并及时合理地清洗镜面。     

目标红外热像的等效辐射-汇聚法数值模拟

为得到红外成像阵列面上的目标辐照强度分布,提出等效辐射-汇聚法.将目标红外成像过程分解为目标表面辐射场的产生和空间传输与红外系统中的汇聚成像两个阶段.采用蒙特卡罗法模拟目标表面的等效辐射形成及其向红外系统的传输过程;利用光学成像位置和光强变换关系确定目标任意点的成像方位及汇聚到成像点的辐照强度.以SDM标准飞机模型为对象,采用该方法模拟获得了不同探测角度下的红外热像,并与从红外成像阵列面发射光线的反向蒙特卡罗方法进行了计算效率的对比.计算结果表明:对于单个探测方位,等效辐射法与反向蒙特卡罗的计算效率相当;而对于多个探测方位,由于目标等效辐射(或辐射传递因子)的独立性和可复用性,相对于反向蒙特卡罗法,等效辐射-汇聚法能够提高计算效率,更便于工程应用.     

红外探测系统中探测波段的选择对比分析

针对常用的中波和长波红外探测系统,从分析目标的热辐射特性、背景的辐射特性、以及由目标到红外探测器的前向光学通道的传递函数性能,对光电探测系统的短波红外和长波红外探测系统能力进行分析、计算和比较,科学剖析中波和长波红外探测各自的技术优势和适用范围,为设备论证中成像器件合理选型及试验任务中捕获跟踪提供理论依据。     

航天成果

航天成果长波红外与可见光双模共口径成像探测系统由航天总公司二院二部研制的长波红外与可见光双模共口径成像探测系统,１９９７年底通过了由国防科工委、电子部、航天总公司共同组织的鉴定。该系统在双模共口径光学技术、高效双模分光技术、双模双目标图像处理跟踪技术...     

海上飞行目标红外辐射特性测量试验设计

海上的飞行目标的飞行海域环境气象条件比陆地复杂,在进行目标红外辐射特性测量时,大气透过率不确定度增加.本文以海上飞行目标为例,设计了一种基于参考黑体的飞行目标红外辐射特性测量试验,以此提高海上飞行目标红外辐射亮度的测量精度.     

海上飞行目标红外辐射特性测量试验设计

海上的飞行目标的飞行海域环境气象条件比陆地复杂,在进行目标红外辐射特性测量时,大气透过率不确定度增加.本文以海上飞行目标为例,设计了一种基于参考黑体的飞行目标红外辐射特性测量试验,以此提高海上飞行目标红外辐射亮度的测量精度.     

双介质摄影测量的折射改正方法

为了提高利用光学立体像对进行水下目标三维定位的精度,本文基于光线在空气和水体两种不同介质中的传播规律建立了光线折射改正模型。从航迹方向、航迹垂直平分线方向和普通情况三种角度讨论双介质摄影测量的几何关系,定量分析光线不严格相交造成的平面误差,并推导双介质折射改正公式。利用近景摄影条件下的立体像对验证折射改正方法的正确性,结果表明在实验室条件下,双介质摄影测量的相对测深精度优于3.5%。     

大靶面制冷中波红外变焦光学系统设计

为了提高人眼观察图像的舒适度,基于大面阵640×512 pixel、25μm制冷焦平面阵列的中波红外探测器,设计了一款中波红外连续变焦系统.系统工作波段为3~5μm,F数为4,焦距变化范围50~601 mm.利用光线反向追迹的方法分析了系统的冷反射效应,采用蒙特卡洛分析法对系统公差进行综合分析评价.结果表明:系统在奈奎斯特频率处全视场传递函数大于0.4,在25μm内能量集中在80%以上,同时系统具有较好的冷反射抑制效果;系统具有分辨率高、像质好及变焦轨迹平滑等特点.     

折射式红外变焦光学系统内部杂光分析

针对折射式红外变焦光学系统内部的杂散辐射,设计了焦距240-60mm、系统F/#为4、视场11.96°-2.84°、工作波段为3.7-4.8μm的制冷型中波红外变焦光学系统。该系统为二次成像结构,并且有100%的冷光阑效率。利用杂散光分析软件Light Tools,建立光学机械结构模型并判断出关键表面,分析得到探测器像面接受的热辐射,根据信噪比推断出目标的最小辐亮度。采用光路倒置的方式分析光路中各光学表面产生的冷反射大小,分析了光学系统在不同焦距时的冷反射效应,结果表明该光学系统具有较好冷反射抑制效果。     

斩波器传递函数的数值分析

斩波器是红外探测系统、激光雷达系统等的重要组成器件,传递函数可以用来描述斩波器的光学传递特性.在对斩波器的光学传递特性进行理论分析的基础上,利用付立叶变换给出了任意形状斩波器的传递函数的数值计算方法,结合Matlab和C语言编制的程序能图像化地将传递函数显示出来,误差分析表明,数值计算结果精度较高.