激光半主动导引头光学系统设计与分析

激光半主动导引头作为一种精确制导的方式,已经在实战中得到广泛的应用。导引头通过对探测器上获取的激光信号进行数据处理以获取目标的位置信息,因此导引头获取激光光斑的能力将会直接影响导引头跟踪目标的性能。本文基于单四象限探测器的工作原理,根据导引头的设计指标,对光学系统的焦距及获取光斑的大小进行分析,应用ZEMAX软件对光学系统进行设计和优化。并从光斑大小、系统畸变和光斑能量分布均匀性等角度对光学系统的性能进行评价。根据评价结果可知该光学系统满足设计要求,获取的光斑质量较好。     

激光半主动导引头光学系统设计

激光制导导引头是当今最常用的制导装置,本文设计的激光半主动制导导引头由光学接收系统和一个四象限探测器组成。本文对四象限探测器的工作原理进行了分析介绍。结合激光器的发射功率、作用距离与四象限探测器的参数,对导引头光学系统参数进行了计算与分析,得到了系统入瞳的最小尺寸。应用ZEMAX软件对激光半主动导引头的光学系统进行了优化设计,并通过包围圆能量曲线、光斑均匀性等对光斑质量进行了评价。使用MATLAB软件对能量曲线进行拟合,根据拟合曲线对光斑的能量分布进行评价。     

激光半主动半实物仿真导引头光学系统的设计

半实物仿真导引头光学系统性能的好坏是影响仿真实验效果的关键。介绍了激光半主动导引头及其光学系统的结构、特点。详细分析了光学系统的能量接收灵敏阈值、瞬时视场、动态视场等参数。根据光学系统设计的一般原则和半实物仿真导引头对光学系统的特殊要求,基于实际导引头光学系统的技术参数要求,利用ZEMAX优化设计出了具有较高成像质量的激光半主动寻的制导的半实物仿真导引头的光学系统。实验结果表明,该系统满足各项参量要求,具有较高成像质量,为相关光学系统的分析和设计提供了参考依据。     

一种半主动激光红外雷达三模复合光学系统设计

介绍了一种紧凑型的半主动激光、红外、雷达三模复合光学系统,半主动激光、红外光学系统采用折反式光路结构,雷达系统采用抛物面天线发射接收信号。3种导引模式共用一个主反射镜,半主动激光系统与红外系统在主反射镜处光线分离,雷达波与红外光在主反射镜共口径反射后,在次反射镜处信号分离,在紧凑空间内实现了3种导引模式的融合。     

激光半主动光学系统设计与可视化检测

激光制导是当今最常用的制导方式之一,激光半主动光学系统性能的优劣直接影响其制导精度。提出了一种激光半主动光学系统像差优化设计方法,通过赋予不同的球差与离焦量实现激光半主动光学系统初始结构设计,通过对非对称像差优化实现光斑均匀化设计,设计并研制了折射式激光半主动光学镜头,光学系统工作波段1064 nm,视场为±9.2°,光斑大小5 mm,能量分布均匀;为解决激光半主动镜头不能单独检测的问题,提出了利用色差特性实现镜头低成本可视化检测的原理,并搭建了激光半主动光学镜头的可视化检测系统。镜头的测试结果表明,光斑大小满足设计要求,低成本可视化检测系统大幅提高了镜头检测效率,并易于工程化,批量化生产。     

一种激光与红外复合光学系统设计

介绍了一种半主动激光与长波红外共口径复合光学系统。光学系统采用折反式光路结构,半主动激光系统与长波红外系统在主反射镜处实现共口径复合。利用反射元件无色差的特性,可以有效地实现两种波段的共口径共光路传输。经过主次反射镜反射后,两种波段的入射光通过分光器件高效地实现分离,分别进入各自探测器中,实现了复合光学系统设计。通过采用折反式光路,结构保持了相对紧凑;前段望远物镜系统采用卡塞格林式反射系统,具有无色差的优点,同时避免了选用价格昂贵的宽波段透光材料,实现了成本控制。     

激光导引头对目标测角精度的研究

激光探测器精确测量目标的方位角是导引头导向目标的必要条件,当前缺乏对该精度的理论研究,因此针对激光导引头的测角精度进行了研究.首先建立了制导激光的大气传输模型,并验证了导引头激光探测器接收到的制导信号光斑为均匀光斑;而后基于激光探测器检测目标方位角的基本原理,推导了目标方位角检测精度与光斑半径、光斑中心位置和信噪比的关系;最后通过仿真分析了不同因素对目标方位角检测精度的影响.结果表明:减小光斑半径、缩短光斑质心到光敏面中心的距离、增大探测器光学系统焦距、提高信噪比,均可以提高导引头对目标的测角精度.     

红外导引头光学系统的抗干扰设计

文章详细地介绍了某红外导引头所采用的折反式光学系统,并对红外光学系统中产生 的干扰进行了深入的分析与讨论。在此基础上,提出了合理的抗干扰措施,通过对红外导引头光学系统进行光机一体化,进一步提高了系统的总体性能。试验结果表明:该系统有着良好的抗干扰性能,满足总体性能指标要求。     

在高精度要求下的激光导引头改进设计探究

本文介绍了激光半主动导引头的发展现状及其应用的前景,提出了采用双四象限探测器提取目标信号的方法,以及平台式稳定跟踪目标的导引头结构组成方案,并且讨论了激光半主动导引头在激光制导系统中的应用问题。由于导引头采用平台式稳定跟踪方案,加之激光的单色性好,光束发散角小,导引头抗自然干扰和人工干扰能力强,导引头精度大大提高,使得激光半主动导引头在制导武器中得到广泛的应用。     

激光制导武器干扰半实物仿真系统激光光斑研究

激光光斑是激光制导武器干扰半实物仿真系统中目标特性模拟的重要组成部分。介绍了半实物仿真系统组成和激光导引头工作原理;研究了基于相似性原理采用等比例缩放的光斑模拟方案;利用Light Tools建立了导引头光学系统模型,计算了不同制导时刻内外场光斑在探测器光敏面上的光斑尺寸;基于激光制导武器干扰半实物仿真系统实际需求,提出了光斑模拟优化方案。研究发现,半实物仿真条件下,导引头光敏面上形成的光斑比外场条件下要大,并且变化规律也不一致;随着距离目标越来越近,漫反射屏上光斑越来越大,导致导引头光敏面上光斑也越来越大。研究结果有助于提高光斑模拟精度和激光制导武器干扰半实物仿真系统可信度。     

全捷联激光制导寻的器测角精度分析与优化

为了降低激光制导武器系统成本并保证打击精度, 设计了全捷联激光制导寻的器, 并对影响打击精度的关键技术指标测角精度进行了研究。首先对影响测角精度的主要因素增益控制进行了分析, 通过对四通道可变增益放大器进行增益标定和最小二乘拟合得到增益控制曲线, 接着讨论了离散量控制下增益补偿的方法及误差, 仿真计算得到不同配置模式下增益补偿前和补偿后的光斑重心计算误差。对全捷联激光制导寻的器进行激光照射测角试验, 结果表明, 增益补偿后能够消除系统误差约5.6 mrad, 在中心线性视场范围内, 测角精度达到2 mrad。该系统满足某机载轻型空地导弹对激光制导寻的器测角精度的要求, 为精确末制导提供保障。     

浸没式光刻系统中光束传输系统的设计

为实现浸没式光刻照明系统掩模面上高均匀照明性和不同照明模式,对照明系统中的光束传输系统进行了研究。浸没式光刻照明系统中的激光光束传输系统是光刻机中的重要组成部分,直接影响光刻机性能。针对浸没式光刻照明系统特点,提出了采用球面镜和柱面镜组合的光学结构,进行了激光准直扩束系统的光学设计与仿真分析。此外,对设计的准直扩束系统进行了公差分析,以保证在加工和装调完成后光束的发散角和口径均满足设计要求。最后,在系统完成的基础上对不同位置处的光斑尺寸进行测量。设计结果表明,系统能够满足光束在5~20 m传输光路范围内,不需要进行透镜间隔的调节,实现光斑大小和发散角满足设计要求,保证目标光束口径在(28.5±0.5)mm范围内,X方向发散角为1.2 mrad,Y方向发散角为1.84 mrad。通过分析发现,设计结果能够很好地满足指标的精度要求,具有重要的应用价值和实用意义。     

激光/红外双模环形孔径导引头光学系统设计

为了实现激光/红外双模导引头成像系统的小型化,简化光学系统结构,设计了四次反射的双模共光路环形孔径超薄成像系统,研究了该系统的分光路设计原理,给出了遮拦比与视场角的关系,实现了仅有单一光学元件的长波红外7.7～9.5μm和激光1.064μm双模导引头成像系统。双模环形孔径系统在长波红外波段的焦距为70 mm、等效F数为1.3、全视场为8°、空间频率为41.7 lp/mm时各视场MTF值均大于0.136。双模环形孔径系统在激光波长的焦距为53.8 mm、等效F数为1、全视场为10°、全视场范围内的光斑分布均匀。在环境温度范围为-40～80℃时,长波红外波段各视场MTF值均大于0.13,激光波长的弥散斑形状和能量分布基本不变,实现了光学被动无热化。通过公差分析可知双模环形孔径系统具备可加工性。     

近距离激光武器光学系统特性分析

对强激光近距离毁伤光学系统进行了优化设计,通过理论分析和外场实验研究了基于椭球镜光学系统的聚焦特性,并与传统的基于抛物面镜的光学系统进行了比较。优化了强激光近距离毁伤系统的发射光学系统,对光学系统的聚焦光斑进行了理论计算和仿真,分析了不同系统的激光光斑大小和功率密度。最后,通过外场毁伤实验,对设计结果进行了验证。实验结果表明,基于椭球镜的强激光近距离毁伤光学系统具有更小的衍射光斑分辨率和更高的能量集中度。     

激光制导导引头解码脉冲宽度的研究

就激光半主动制导武器（激光导引头）接收系统的解码脉冲的宽度进行了理论研究,讨论了选取不同的解码脉冲宽度对激光导引头制导效果的影响．提出了为对抗角度欺骗式激光干扰和高重频有源激光干扰,导引头接收解码脉冲宽度必须正确设计的重要性。     

小型大瞬时视场光学探测系统优化设计

基于小口径和瞬时大视场激光制导武器平台的要求,提出了一种小型捷联折射式离焦光学探测系统方案。该方案根据捷联式激光半主动目标探测模型和理想离焦光学系统模型得到激光制导理想光学系统参数,并以此参数为基础,使用ZEMAX软件进行优化,设计了工作波长为1 064 nm的离焦光学探测系统。该系统临界有效探测半视场为5.89,临界探测半视场为13,长径比为1.27,较好地解决了整流罩引入的像差问题,并且光斑重心位置与目标位置偏差角存在线性关系。验证实验结果表明该离焦光学探测系统误差小于0.15,满足大视场下目标位置偏差角探测的要求。     

红外导弹位标器光学系统设计软件的开发与应用研究

分析了红外导弹位标器光学系统设计的特点,对位标器光学系统设计与分析软件开发问题进行了研究。根据用户的需求,开发了红外导弹位标器光学系统设计与分析软件,并对软件在导弹改进与设计工程中的应用进行了介绍。     

离轴天线在卫星激光通信系统中的应用

现有卫星激光通信终端通常采用同轴两反天线结构,该结构存在接收视场小、发射效率低等缺点。为消除同轴两反结构存在的固有缺陷,提高卫星激光通信系统的瞄准和捕获效率,研究了利用离轴三反结构提高卫星激光通信系统的性能。首先根据基本像差理论,推导得到离轴三反光学结构的初始结构方程。利用离轴结构具有更多设计参量的优势,对离轴三反结构进行优化设计,给出了设计实例。计算机仿真得到的光学传递函数、点列图、衍射包围圆能量和波前误差等均表明:离轴三反结构与同轴两反结构相比,具有更加优异的性能,能够满足卫星激光通信系统不断提升的性能要求。