多波段光谱接收与可见光成像共孔径光学系统设计

为满足对飞行目标的多维光谱探测和可见光成像需求,设计了一款基于卡塞格林望远镜结构的共孔径光学系统。系统前端由同轴两反系统组成,主镜为抛物面,次镜为双曲面,后端通过平板分光的方式由各子系统接收。在可见光成像端,利用两片柱面镜成功解决了分光平板引起的像散问题,并通过添加反向倾斜的补偿平板,校正了分光平板引起的光轴偏移问题,可实现对距离为0.5~1.5 km、直径为0.5 m的飞行目标进行可见光成像和多波段光谱接收（200~400 nm、400~760 nm及760~2 500 nm）。成像模块各视场在奈奎斯特频率35 lp/mm处均实现了MTF>0.5,趋近于衍射受限曲线,各光谱接收模块也均满足光纤耦合要求。通过无热化设计,该共孔径系统可实现在?20~50 ℃温度范围内正常工作。公差分析结果表明,该系统能够满足实际加工和装调要求。     

红外搜索跟踪系统中的双波段共孔径光学设计

由于红外搜索跟踪系统（IRST）探测距离长,伪装性良好和错误率低等特点,因此成为了空中及海上最好的探测装备。针对红外与搜索跟踪系统对多谱段的需求,设计了红外搜索跟踪双波段共孔径光学系统。具有优于单波段获取信息弱的优势,将中波红外图像和长波红外图像融合到一起,综合利用了中波红外和长波红外各自优点,提高了有效侦察率、降低虚警率。系统总焦距为400 mm,F#=2,视场角为2°,采用分光型RC系统实现3~5μm和8~12μm双波段共孔径清晰成像,为了抑制中波的热辐射杂光,对中波系统实现了二次成像。设计结果表明,系统像质优良,满足红外搜索跟踪系统的使用要求。     

多波段共孔径光学成像系统的几种实现途径（特约）

借助微分方法,提出光学系统内的消波段间色差和波段内色差条件,建立了扩展的复消色差理论,通过对比各自波段和全波段的折射率-色差系数,进行材料配对,并迭代优化校正各类像差。由此介绍了几种多波段共孔径光学系统的实现途径和具体设计实例,包括:透射式结构的宽波段及多波段成像物镜光学系统;透射式结构的中波/近红外二次成像变焦系统;透射式结构的中/长波红外二次成像变焦系统;通过反求工程（Reverse Engineering）设计了AN/AAQ-33“狙击手XR”吊舱采用的中波/近红外共孔径透射式前置望远系统主光路;AN/ASQ-228 ATFLIR吊舱采用的共孔径离轴三反射式消像散前置望远系统主光路;AN/AAS-52 MTS-B吊舱采用的同轴偏视场三反前置望远系统主光路;EKV采用的同轴四反二次成像系统;拓展介绍了采用同轴折反式前置望远+后置成像结构的光路结构,包括同轴折反式中波/短波/近红外和长/中/短波红外望远系统+后置分光成像系统的设计;以及一些典型弹载光学系统共孔径或共光路的设计。     

双谱段共孔径光学镜头设计与验证

为实现自主制导、目标定位、跟踪搜索等复合制导功能,提出了一种可实现红外与激光双谱段共孔径一体化的小型光学镜头设计方案,采用透射式光学系统,光路中设置了一个楔角分光片,既实现了双谱段分光,又有效矫正了45°倾斜放置的平板带来的系统像差。设计结果如下：红外通道全视场平均调制传递函数(MTF)优于0.45(30 lp/mm)、激光通道±1.5°线性区弥散斑直径4.88～5.03 mm,能量分布均匀,满足指标要求。最终采用高精度光学定心调整与三坐标精确测量相结合的方法完成了该镜头的装调,红外通道全视场平均MTF优于0.38,激光通道弥散斑形状对称、线性区内能量分布均匀,满足使用要求,镜头效果良好。     

双视场三谱段共孔径光学系统设计

阐述了一种双视场激光、可见光、中波红外三谱段长焦距共孔径光学系统设计方法.系统前端采用离轴三反缩束和视场切换结合的光学结构形式,实现对大口径入射光束的压缩和视场变换,系统后端采取分光镜组将光谱分为三个通道,分别进入激光、可见光、中波红外成像镜组,最终实现各个谱段的组合成像.通过合理设计,各个谱段成像质量优良,满足系统的...     

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。     

合成孔径雷达的双波段双极化共孔径天线阵技术

综述了合成孔径雷达(SAR)的双波段双极化共孔径天线阵技术近十年来的发展.介绍了数款双波段双极化SAR天线的设计与主要性能及其比较.此外还阐述了提高双波段双极化天线性能的某些新技术.     

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。     

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。     

一种反射共孔径式激光测距光学系统设计

基于激光测距系统的基本原理,结合反射系统的光学特性,引入光学环形器,设计了一种全反射共孔径式激光测距系统,激光发射系统与激光接收系统共用一个4倍望远系统,激光发射系统在其基础上后接一个5倍望远系统,激光接收系统在基础上后接一个激光聚焦光学系统。对系统进行公差分析与可靠性分析,确定了其加工材料、加工方法以及加工与装调上的精度与实际应用的可行性。为了节约加工成本,缩短加工周期,降低装调难度,系统较多使用二次曲面。整个系统成像质量好,能量集中度高,结构紧凑,重量轻,满足实际应用需求。     

机载双波段共口径光电瞄准光学系统设计

针对机载双波段共口径光电瞄准系统反射式成像存在中心遮拦与装配难度大的问题,设计了一种前置光路折射式成像的共口径光学系统。应用二组元变焦理论对光学系统的初始结构进行了计算。基于最小可分辨温差（MRTD）模型分析了红外系统的作用距离,根据瑞利判据对系统前向像移进行了补偿残差分析。机载双波段共口径光电瞄准光学系统工作在0.38~0.76 μm的波段内,实现了36~180 mm的5×连续变焦,工作在3~5 μm的波段内,实现了三视场变换,三视场三档焦距之比为3,F数为4。设计结果表明,在?40~60 ℃的工作环境中,光学系统经过光学被动式无热化处理,满足系统成像质量要求。     

双孔径红外变焦光学系统设计

为了解决红外变焦系统短焦部分冷反射严重的问题,提出了一种双孔径设计方法,设计了一种双孔径红外变焦光学系统。系统工作波段为中波3.7 ～4.8 m,焦距为30/150/300 mm,10变倍比,具有100%冷光阑效率。对双孔径系统的短焦部分和单孔径系统短焦部分的冷反射强度进行了对比分析,双孔径系统的冷反射得到有效控制。双孔径红外变焦光学系统具有像质好、变倍比大、短焦冷反射小、结构紧凑的特点,可使大变倍比的红外变焦光学系统在红外成像系统中得到广泛应用。     

共孔径红外双色离轴全反射系统

以初级像差理论为基础,重点分析了离轴三反系统初始结构参量的确定方法。利用CODEV软件编译计算并生成离轴三反光学系统初始结构的人机交互程序。将红外双色复合成像和离轴全反射系统结合起来,设计了一种共孔径红外双色离轴全反射系统。该系统具有长焦距、大孔径、宽波段、平像场等特点,结构简单,像质优良,在航空航天领域具有广泛的应用前景。     

红外/激光共孔径双模导引头光学系统设计

为解决在扩展防空(EAD)和弹道导弹防御(BMD)下自主式制导,目标检测、分类及识别等问题,介绍了一种新型的设计原理,在使用同一接收孔径的条件下,将红外成像传感器和激光雷达成像传感器整合为一个小型的导引头,并设计了其中的光学系统。通过红外传感器探测场景,识别出再入飞行器,给激光雷达指示选择的目标,激光雷达用高功率的激光脉冲照亮所选的目标,目标反射的激光由接收光学系统成像到焦平面上。接着,以快照方式对图像采样,从而得到三维信息(角度-角度-距离)。整个系统采用卡式光学系统结构,通过二色分光镜作为分色面,实现了激光接收与红外成像的共口径,给光学设计带来方便,给出了系统结构参数确定的方法,并用CODE V光学设计软件设计了光学系统。所设计的光学系统具有较好的成像质量,可满足系统的性能要求。     

大相对孔径紧凑型非制冷光学系统消热设计

对常用光学被动消热技术措施进行了归纳总结。针对长波非制冷光学系统大相对孔径、高透过率、小型化和良好环境适应性等特点,基于640×512大面阵非制冷探测器的应用,利用CODE V光学设计软件,设计了一个焦距f＝70 mm,视场角为10.44°×8.36°,F数为0.85,总长为85 mm的三片式光学系统。在－50～70℃温度范围内,所有视场的MTF 值在25 lp／mm处均大于0.61,光学畸变小于0.5％,光学系统成像质量良好。公差分析结果表明光学零件加工和光机装配工艺成熟稳定,光学系统设计具有良好的工程可研制性。     

基于可编程逻辑的便携式设备多节锂聚合物电池管理

便携式设备的便携性是与电池的发展息息相关的,从最初的铅酸电池、镍镉(Ni-Cd)电池发展到镍氢(Ni-II),锂离子(Li-ion)电池一直到最近的锂聚合物(Li-polymer)电池,能量密度逐步提高,移动性能越来越强,电池的缺点也不断被克服.本文就将介绍一个便携式锂聚合物电池的管理系统设计.     

同轴偏视场共孔径面阵成像光学系统设计

随着对空间信息获取能力的要求不断提高,使得高分辨率动态遥感成为空间光学领域一个新的研究热点。偏视场同轴三反光学系统具有长焦距、体积小、轻量化程度和成像质量高等特点,能够满足低轨视频卫星高分辨率、多谱段、多功能性和低成本的要求,因此在高分辨率动态遥感领域有着广泛的应用前景。以高斯光学和三反射消像差理论为基础,设计了可见光面阵成像、近红外和中红外线阵推扫成像的共孔径光学系统。可见光系统焦距4.1 m,近红外系统焦距2.6 m,中红外系统焦距1.85 m,三者孔径均为520 mm,视场均为0.60.6,成像质均接近衍射极限,成像质量良好。系统总长小于f'visible/3.7,且系统的加工和装配公差较为宽松,易于实现。