红外双波段导引头光学系统设计

论文摘要

在科技以及军事领域,高性能的导弹是保证现代化作战执行任务的关键,而导引头是整个导弹的眼睛,可以完成对目标的自主搜索,识别和跟踪,并给出制导所需的信号。而光学系统在位标器的最前端,接收目标的红外辐射,并对导引头的作用距离、跟踪搜索能力都有一定的影响。因此,光学系统成像质量的好坏对整个导引头有至关重要的作用。本文根据导引头的技术指标要求,基于光学设计软件ZEMAX,设计了一种红外导引头光学系统,该系统采用卡塞格林光学系统外加校正组,可对中波3.7μm-4.8μm,长波8μm-12μm双波段同时成像,具有±2°的大视场,且在-40°-50°满足消热差要求。卡塞格林系统的主镜使用椭球面,次镜为双曲面,补偿透镜组采用三块校正镜,设计的结果为：当截止频率为11mm/lp时,MTF曲线大于0.7,全视场为0.6,且四个视场的波像差均小于0.25λ,满足设计指标要求。考虑到加工装调,以及生产成本等因素,进一步改进了系统的结构。在像差特别大的整流罩面上以及校正透镜上引入了非球面,通过非球面的使用,极大地改善了成像质量。卡塞格林系统主次镜的二次圆锥曲面均由球面镜代替,大大降低了加工装调的难度。校正透镜也由三块减少到两块,不仅节约了成本,减低了系统的重量,也使整个系统的结构更加紧凑。满足导引头光学系统在有限空间使用的要求。该改进型的系统设计结果为：当截止频率为11mm/lp时,四个视场的MTF曲线均大于等于0.7,接近衍射极限。各个视场的RMS半径分别为：63.416 u m、65.228μm、62.249μm、39.566μm。波相差小于0.038λ,均满足成像质量以及设计指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 导引头发展概述
• 1.2 复合制导技术的发展
• 1.3 导引头的国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 课题的研究目的、意义和内容
• 1.4.1 研究的目的和意义
• 1.4.2 研究的内容
• 第二章 导弹导引头及红外光学系统简介
• 2.1 红外导引头的功能、分类及其组成
• 2.1.1 红外导引头的功能
• 2.1.2 红外导引头的分类
• 2.1.3 红外导引头的组成
• 2.1.4 红外导引头的各组成元件及其功能
• 2.2 红外导引头的关键技术分析
• 2.2.1 红外探测器
• 2.2.2 信息处理方法
• 2.2.3 陀螺稳定系统
• 2.3 红外光学系统简介
• 2.3.1 红外光学系统的形式
• 2.3.2 衍射光学元件的特点
• 2.4 卡塞格林光学系统及其演变过程
• 2.5 折/反射光学系统的特点
• 2.5.1 反射光学系统的特点
• 2.5.2 折射光学系统的特点
• 2.6 小结
• 第三章 光电联合变换相关器的介绍
• 3.1 联合变换相关器的发展现状及趋势
• 3.2 联合变换相关器的原理
• 3.3 傅里叶变换
• 3.4 小结
• 第四章 红外导引头光学系统设计
• 4.1 红外光学系统几个主要的外形结构参数
• 4.2 红外导引头光学系统设计
• 4.2.1 导引头光学系统的技术指标
• 4.3 红外系统光学材料的选择
• 4.3.1 红外光学材料应具备的性能
• 4.3.2 红外光学材料的特点
• 4.3.3 几种常用的红外光学材料
• 4.4 卡塞格林光学系统的初始结构设计
• 4.5 卡塞格林光学系统的优化
• 4.6 卡塞格林光学系统结构的改进
• 4.6.1 非球面的基本知识及使用指南
• 4.6.2 主次镜均为球面镜的卡塞格林系统
• 4.6.3 主次镜均为球面镜且仅有两块校正镜的改进型结构
• 4.6.4 导引头光学系统的规划
• 4.6.5 改进型光学系统的无热化性能
• 4.7 小结
• 第五章 公差分析及像质评价
• 5.1 公差分析
• 5.2 像质评价
• 5.3 小结
• 总结
• 致谢
• 参考文献
• 研究生期间以第一作者发表的论文