DMD衍射特性及其在红外场景仿真中的应用

为了提高基于数字微镜器件(DMD)的红外场景仿真系统输出图像对比度,分析了DMD的结构及工作原理,利用其类似闪耀光栅的结构特点,建立仿真模型.利用傅里叶光学分析其衍射特性,并用MATLAB进行仿真.当单色平行光入射,通过改变输入光波波长,分析衍射光强分布变化,得出入射光波波长与微镜片越相近,衍射效果越显著;通过改变入射角,分析衍射光强变化,得出在一定范围内改变入射角,衍射光强发生偏移,对输出图像影响发生变化.在红外场景仿真系统中,可以通过改变光源入射角提高输出图像的的对比度.     

红外动态目标模拟器驱动及控制系统设计

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关键设备。以某型空地导弹导引头半实物仿真系统为应用对象,以微反射镜阵列（DMD）为核心器件,针对DMD型红外目标模拟器的对比度、灰度等级和分辨率等关键技术指标,设计开发了基于DMD的动态红外目标模拟器系统。首先介绍了DMD芯片的工作原理和灰度成像原理,其次对同步驱动、数据加载和脉宽调制等关键电路进行详细设计,开发完成了DMD驱动及控制系统电路,设计完成了基于DMD的红外动外目标模拟系统。该模拟器目前已经成功应用于某型红外成像导引头半实物仿真测试系统中,逼真度和实时性高,涉及的关键指标得到了改进和提高。     

长波GaAs QWIP二维周期光栅的耦合效率研究

在量子阱红外探测器(QWIP)上制备光栅的目的是对垂直入射的红外辐射进行有效的耦合.为了研究光栅的光耦合性能,基于模式扩展理论,详细计算长波(14.7 μm)QWIP二维周期矩形光栅的耦合效率.计算结果表明,光栅周期D=4.7 μm,栅孔深度h=1.45μm,d(栅孔)/D=0.707时,光栅的耦合效率达到最大.并且从几何光学的考虑出发,对计算结果进行了验证和分析.还讨论了二维周期光栅衍射光场的分布情况.     

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...     

基于分数泰伯效应的双波长微距分束的研究

微距光谱分束是红外领域小型双波段成像系统的关键技术之一。利用菲涅耳衍射理论和角谱理论,研究了双波长和宽角度入射光场通过阶梯光栅在分数泰伯距离下的衍射特性。建立了基于阶梯光栅的双探测阵列成像模型,数值模拟了入射波长分别为4 m和4.5 m的光束在-30~30入射角度范围的光栅分束结果,获取了探测面上的发光强度、能量和信噪比等参数值。此文的研究成果可为构建微型双波段成像装置及设计精密光谱分束器件提供理论支持。     

一种红外双波段衍射望远镜的光学设计

深入研究了双层谐衍射光学元件,基于衍射效率方程对双层衍射元件的衍射效率进行优化.光学系统在中波红外和长波红外波段的衍射效率均超过了99%,极大地提高了图像的对比度和像质.设计了一款新型的红外双波段衍射望远镜,取得了接近衍射极限的成像质量,易于加工.     

一种红外双波段衍射望远镜的光学设计（英文）

深入研究了双层谐衍射光学元件,基于衍射效率方程对双层衍射元件的衍射效率进行优化.光学系统在中波红外和长波红外波段的衍射效率均超过了99%,极大地提高了图像的对比度和像质.设计了一款新型的红外双波段衍射望远镜,取得了接近衍射极限的成像质量,易于加工.     

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。     

基于DMD的长波红外变焦投影系统设计

基于数字微镜器件（DMD）的红外景象模拟器在室内环境下通过模拟真实景物及其环境的红外辐射来测试红外成像系统的性能。为实现基于DMD的红外景象模拟器能够满足不同待测系统的视场角匹配,同时为避免投影系统与照明系统发生空间上的重叠,设计了一套配有分光棱镜的红外变焦投影系统。该系统工作波段为8～12 m,F数为2.7,采用光学补偿变焦方式,可实现50/100/150/200 mm四档变焦。根据四组元系统负组补偿原理及其高斯光学公式对系统光学参数进行计算,选用与参数相近的初始结构进行处理及优化。设计结果表明,各焦距位置在20 lp/mm处的调制传递函数值均接近衍射极限,符合使用要求。     

红外探测设备内场测试系统

为了在实验室内对红外探测系统的技术指标进行测试,设计了红外场景生成器,在3~5μm波段利用数字微反射镜阵列(DMD)技术、在8~12μm波段利用红外CRT技术产生真实红外图像。利用生成的不同背景下动态红外图像对红外探测系统进行测试。     

基于DMD的红外场景仿真系统投影光路消热差设计

基于DMD的红外场景仿真系统投影光路是仿真系统的关键组成部分。设计了一种准直投影光学系统,利用不同材料热性能互补的无热化光学设计方法,得到系统的初始结构,将某一面设计为二元面,降低了系统像差,提高了光学传递性能,达到系统的消热差设计。投影光路采用折射式结构,工作在8～12 m长波红外波段,焦距为113 mm,半视场角为4.5,F数为1.3。利用ZEMAX软件对光学系统进行了优化,满足了仿真系统的使用要求。     

基于双DMD的红外场景投影仪光学系统设计

为提高中波红外场景投影仪的帧速和灰度等级,提出了一种基于双数字微反射镜器件(DMD)的光学系统方案。该光学系统包括照明系统和准直投影光学系统,照明系统采用可提供均匀照明的柯勒照明系统,利用2个非球面透镜简化结构,采用3片式全内反(TIR)棱镜来实现光路的折转衔接以及2个DMD调制的叠加;准直投影光学系统采用二次成像结构,通过合理分配各透镜组光学参数,并采用非球面透镜进行优化设计,得到的光学系统F数为094,入瞳距为850mm,角分辨率为019mrad。投影仪的测试与仿真结果表明此光学系统完全满足红外场景投影仪的使用要求。     

宽波段DMD动态红外景象仿真器投影光学系统设计

宽波段红外景象仿真器可用于内场评价和验证中波/长波红外双波段成像仪。详细介绍了基于数字微镜器件(DMD)的动态红外景象仿真器的组成和工作原理。重点介绍了覆盖中波和长波红外的宽波段红外投影光学系统的指标要求、设计思想和设计结果。基于离轴三反射镜系统设计的系统,具有无色差、适用波段宽、相对孔径大、结构较紧凑、成像质量好等优点。根据待测设备要求,设计了一款口径100、相对孔径F/2.84、全面视场角4.4°、成像质量接近于衍射极限的宽波段投影光学系统。     

基于DMD的高帧频红外场景仿真系统设计

红外动态场景仿真技术在红外成像、跟踪和制导武器等系统的性能评估中起着重要的作用,基于数字微镜器件(Digital Micromirror Device, DMD)的红外场景产生方案是红外场景仿真技术中最具研究价值的一种方案。介绍了DMD的灰度调制原理和工作方式,在此技术基础上设计了基于TI公司的0.7XGA开发平台的DMD驱动程序。通过放大原图像,提高了仿真红外图像的对比度。最后根据探测器输出的积分时间信号和帧同步信号,提出了一种提高DMD投影频率的方案。该方案投影出的灰度图像的对比度有所提高,红外成像仪可以采集到清晰的灰度图像,且每一帧灰度图像的显示时间缩短至1.12 ms,相比于常规方式的7.87 ms有了很大的提高。     

制导对抗仿真中双DMD红外场景产生器应用有关技术

围绕双DMD红外场景产生器在红外成像制导对抗仿真中的应用问题,阐述了红外场景产生器相关工作原理和能量控制与探测方程,分析了四个方面的应用要求及其实现措施,给出了工作参数设置与标定的原则和方法步骤,建立了多种使用情况下由红外辐射亮度图像计算红外场景产生器驱动灰度图像的转换模型.     

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。     

数字微镜器件动态红外景象投影技术

动态红外景象投影技术是硬件闭环仿真(HWIL)和成像系统测试及评估的关键技术,随着数字微镜器件的研制成功,应用动态红外景象技术已备受关注。描述了动态红外景象投影技术在仿真和红外成像系统测试中的应用,具体介绍了数字微镜器件的工作原理,讨论了动态红外景象投影系统的关键技术和国内外研究现状。     

DMD的红外动态场景模拟器时间性能测试

DMD红外动态场景模拟器是红外半实物仿真系统的重要组成部分,其时间性能参数决定了模拟器能否将仿真图像正确投射到被测系统。介绍了DMD红外动态场景模拟器工作原理,深入分析了DMD驱动方式和工作时序。讨论了半实物仿真实验对DMD红外动态场景模拟器调制时间、同步和帧频等时间性能参数的需求。提出了DMD红外动态场景模拟器调制时间、同步和帧频测试方法,搭建了测试平台。对现有DMD红外动态场景模拟器调制时间、同步和帧频进行了测试,分析了测试中发现的模拟器相关问题,并提出了改进建议。为模拟器的研制、应用及性能评价提供一定的依据。     

高对比度中/长波红外双波段视景仿真系统光学设计及测试实验

为了实现中/长波红外双波段制导系统的性能测试与评估,设计了一套基于数字微镜器件的红外双波段视景仿真光学系统,系统包括投影镜头和照明系统。利用非球面技术和大出瞳距、无穷远投影系统的像差特性,采用常规的红外材料,通过光焦度的合理分配与非球面像差校正的优势相结合,解决了双波段、大出瞳距离带来的彗差、像散、畸变和色差的平衡问题。采用阿贝式直接照明的方案,解决了斜入射情况下均匀照明的问题,有效地控制了杂光的影响,提高了光能利用率。设计结果显示:最终仿真系统全视场角为2,出瞳距离为250 mm,出瞳直径为70 mm,系统畸变小于0.2%,系统双波段的调制传递函数曲线均接近衍射极限;照明均匀性高于95%。系统实验测试表明:在黑体温度为300 ℃时,模拟温度最低为31.6 ℃,最高为250 ℃,温差为215.4 ℃,系统的对比度达到0.98,像面均匀性高于98.1%。仿真系统具有高对比度,宽温差和图像逼真的特点。