長(zhǎng)焦距寬光譜紅外雙波段消熱差探測(cè)成像光學(xué)系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和探測(cè)器工藝水平的不斷發(fā)展進(jìn)步，共孔徑紅外雙波段消熱差熱成像技術(shù)在空間領(lǐng)域和國(guó)防工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。共孔徑紅外雙波段消熱差光學(xué)技術(shù)考慮了對(duì)目標(biāo)探測(cè)雙波段的需求和對(duì)環(huán)境溫度變化消熱差的需求，應(yīng)用不同波長(zhǎng)的紅外波段復(fù)合探測(cè)目標(biāo)，可以提高系統(tǒng)的識(shí)別能力和識(shí)別速度，同時(shí)可以在惡劣環(huán)境溫度下工作，此外在保證準(zhǔn)確獲取目標(biāo)信息提高目標(biāo)跟蹤識(shí)別能力的同時(shí)，還可以降低光電探測(cè)設(shè)備的成本，減小設(shè)備的整機(jī)尺寸，減輕設(shè)備的重量，這對(duì)于空間光

2、學(xué)儀器有著重要的意義。
　　針對(duì)長(zhǎng)焦距寬光譜紅外雙波段消熱差探測(cè)成像系統(tǒng)，本文提出了三種基于共孔徑結(jié)構(gòu)形式的光學(xué)方案，推導(dǎo)了初始結(jié)構(gòu)計(jì)算公式給出了設(shè)計(jì)實(shí)例，最后考慮工程可實(shí)現(xiàn)性采用折反式共孔徑紅外雙波段消熱差光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，研制了滿(mǎn)足性能指標(biāo)的折反式共孔徑紅外雙波段消熱差光學(xué)系統(tǒng)，論文主要的研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)綜述如下：
　　(1)本文介紹了紅外雙波段消熱差熱成像技術(shù)的研究背景和意義，分析了溫度變化對(duì)紅外光學(xué)系統(tǒng)的影響，從曲率半

3、徑、材料厚度、材料折射率、鏡片間隔、非球面參數(shù)、衍射面參數(shù)等方面系統(tǒng)分析了溫度變化對(duì)光學(xué)參數(shù)的影響，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，針對(duì)溫度變化對(duì)紅外光學(xué)系統(tǒng)的影響，給出了機(jī)電主動(dòng)式、機(jī)械被動(dòng)式、光學(xué)被動(dòng)式三種消熱差方法，并從實(shí)現(xiàn)方法、性能、可靠性、重量、成本、環(huán)境穩(wěn)定性和可維修性等方面對(duì)三種消熱差設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　(2)本文分析了現(xiàn)代紅外消熱差光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)，確定了紅外雙波段消熱差光學(xué)系統(tǒng)的幾種選型方式，提出了一種反射式長(zhǎng)焦

4、距寬光譜共孔徑紅外雙波段消熱差光學(xué)系統(tǒng)方案，推導(dǎo)了基于四個(gè)同軸反射鏡系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)計(jì)算公式，給出了設(shè)計(jì)實(shí)例。針對(duì)像質(zhì)要求較高的設(shè)計(jì)要求，又提出了一種共孔徑部分為反射鏡和透鏡相結(jié)合的長(zhǎng)焦距寬光譜共孔徑紅外雙波段消熱差光學(xué)系統(tǒng)方案，推導(dǎo)了其初始結(jié)構(gòu)計(jì)算公式，基于系統(tǒng)中出現(xiàn)的非球面拐點(diǎn)問(wèn)題，提出了一種通過(guò)求解不同半徑處矢高對(duì)半徑的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)來(lái)判斷非球面是否有拐點(diǎn)的方法，并在設(shè)計(jì)的長(zhǎng)焦距寬光譜共孔徑折反射式紅外雙波段消熱差光學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)行

5、了實(shí)例應(yīng)用，取得了很好的效果。
　　(3)本文分析了衍射光學(xué)元件的初級(jí)像差特性，探索了衍射光學(xué)元件的衍射效率，研究了衍射光學(xué)元件特殊的色散特性和溫度特性，基于衍射光學(xué)元件可對(duì)波面進(jìn)行任意整形的特點(diǎn)，針對(duì)分光鏡在折射光路中引入的像差，提出了利用衍射光學(xué)元件來(lái)校正這些像差的思路，進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證，并和球面光學(xué)元件和非球面光學(xué)元件的校正結(jié)果進(jìn)行了對(duì)照分析，驗(yàn)證了衍射光學(xué)元件校正這些像差的優(yōu)越性?；谠搩?yōu)點(diǎn)并利用衍射光學(xué)元件特殊的色散和溫度

6、特性，設(shè)計(jì)了一種反射/折射/衍射混合式長(zhǎng)焦距寬光譜共孔徑紅外雙波段消熱差光學(xué)系統(tǒng)，取得了較好的結(jié)果。
　　(4)本文分析了鬼像對(duì)光學(xué)系統(tǒng)成像的影響，提出了一種快速分析光學(xué)系統(tǒng)鬼像的方法，作為分析實(shí)例對(duì)折反射式長(zhǎng)焦距寬光譜共孔徑紅外雙波段消熱差光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了鬼像分析。
　　(5)本文對(duì)上述三種光學(xué)方案進(jìn)行了對(duì)比分析，考慮工程可實(shí)現(xiàn)性確定采用共孔徑紅外雙波段折反射式方案，并研制了長(zhǎng)焦距寬光譜共孔徑折反射式紅外雙波段消熱差光學(xué)系統(tǒng)