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题目:多光谱光学成像制导导弹中的新型光学系统设计

关键词:光学成像;多光谱成像制导;二元光学技术;混合光学系统

  摘要

本论文在分析制导技术发展现状的基础上,结合目前光学制导武器在抗光电干扰性能方面的发展需求,提出设计一个能在可见和红外波段内进行宽光谱成像的光学系统,所设计的光学系统须能获得较理想的多光谱成像信息,从而使制导系统在可见和红外波段内实现多模制导。 论文中选择以氧化镁纯晶体(MgO)和氟化钙(CaF2)材料的透镜的组合来进行宽光谱消色差,通过优化透镜组中各个光学表面的参数和不同材料的透镜的组合顺序,在ZEMAX软件环境中设计了五个能在可见光和红外光谱范围内( )进行色差校正成像的多光谱成像光学系统。随后,应用微光学技术中二元光学器件体积小、重量轻,以及具有独特色散性能和极高衍射效率的优点,对其中的两个宽光谱成像制导光学系统进行了三方面的改进:(1)利用二元光学元件中衍射面的负色散性,使其代替传统双胶合透镜组中的负透镜来消除系统中正透镜引起的色差,简化了光学系统结构。(2)利用二元光学透镜衍射效率极高的特点,提高了传统透镜系统的衍射效率和能量利用率。(3)利用二元光学透镜将入射光线沿轴向进行色散的特性,将来自目标的不同波段的图像沿光轴方向分层排列,实现了宽光谱的细分。 通过对宽光谱混合光学成像系统的性能仿真测试,表明二元光学器件的引入减少了制导光学系统的部件,从而明显减轻了光学系统的重量、减小了系统的外观尺寸、提高了系统的稳定性,同时还提高了系统的能量利用率及成像质量,并且使得制导信息更加丰富,因此将提高导弹的抗干扰能力以及综合作战效能。 该设计成果可以应用于各种战术导弹和反弹道导弹等各类凝视红外成像制导导弹以及像红外吊舱之类武器的光学系统的更新换代设计研究。