振动条件下成像系统与载体联接参数优化设计

载体振动是制约飞行器上光机系统成像像质的主要因素之一,目前针对这一问题的研究集中在优化系统内部支撑固定结构和设计外部附加减振装置等方面,而对于载体与成像系统之间联接参数方面的改进较少。联接参数不仅在静力载荷作用下影响结构的受力状态,还决定了机械子系统的模态和振动条件下系统的响应位移量。首先通过分析静力和振动条件下光学元件变形量受联接位置参数、角度参数的影响,建立了联接参数同系统动态像质的影响关系,进而提出了以成像系统光学传递函数(MTF)为优化目标的振动条件下联接参数优化方法,最后通过某成像系统实例说明:在不改变系统内部光机结构、不增加外部减振装置的前提下,系统优化后的各视场动态MTF同设计值相比综合下降率不到7%,即在给定随机振动条件下系统可获得无模糊的图像。

基于MFC和UG的汽轮机叶片工装参数化设计系统的研究

通过对UG二次开发工具及其工作原理的研究和分析,以及对汽轮机叶片工装的三维模型进行参数化设计和研究,介绍了利用VC++操纵UG零件族进行零件参数化设计原理,给出了在VC++编译环境下使用MFC开发UG应用程序的方法、步骤及界面实现技术,并以某汽轮机叶片工装为例详细介绍了参数化设计中的关键技术。该三维参数化设计方法不仅可以应用于汽轮机叶片工装,也可以应用于其它一些典型非标准结构件的参数化设计,可大大提高产品设计品质与速度。

钛合金表面抗激光涂层损伤特性及热效应影响研究

研究了钛合金和高反射型陶瓷涂层材料抗连续型激光烧蚀的损伤及温度分布特性,并从热效应影响角度对比分析了二者在抗激光损伤效果方面的差异。研究结果表明:相比钛合金,高反射型陶瓷涂层材料能够有效增强钛合金基底抗激光损伤的能力;在同等激光功率密度辐照下,陶瓷涂层材料能够有效提升钛合金基底耐受激光辐照的时间长度。实验结果表明,该陶瓷涂层材料的激光损伤阈值比钛合金高约5.8倍。实验发现陶瓷涂层温升速率高于钛合金,但由于陶瓷材料具有较高的反射特性,以及良好的热吸收和热传导特性,因此能使由激光辐照产生的热量在其表面较快地扩散,而降低热向基底方向传导的程度,最终提升陶瓷涂层的抗激光损伤阈值。

基于旋转双光楔的像方扫描大视场成像光学系统设计

针对无人机传统外挂式光电载荷吊舱窗口尺寸大、无法满足大视场扫描需求的现状,提出了一种基于旋转双光楔的像方扫描红外大视场成像光学系统设计。该系统在传统像方扫描光学镜组基础上引入了双光楔扫描器,以增大系统的扫描视场角,解决了高速无人机目前面临的红外窗口有限且成像视场角小的问题。采用光学设计软件进行了仿真,设计后的光学系统物方视场范围为±21.665°,满足了大视场范围的工作要求。设计结果表明,在工作波段(3.7μm^4.8μm)范围内,该系统的成像质量高,中心视场调制传递函数在33 (lp/mm)空间频率下可达0.45,全视场范围内的调制传递函数>0.42@33 (lp/mm),像点能量集中度较好,接近衍射极限。与传统扫描光学系统相比,采用基于旋转双光楔的新型像方扫描成像光学系统设计,在保证各项设计指标不变的前提下,能够将光学系统的径向尺寸减少20%以上,可满足无人机在未来实现轻量化和小型化的应用需求,拥有良好的应用前景。

全视角高精度三维测量仪光学系统误差分析研究

大视角、高分辨率、低畸变光学成像系统是全视角高精度三维测量仪中最为关键的核心器件。现有三维测量仪实际使用过程中不可避免会产生各种误差,因此科学合理地评估和降低全视角高精度三维测量仪的测量误差具有十分重要的科学及工程应用意义。通过多角度、全方面分析定量研究了相机内方位元素标定误差对几何定位误差的影响,以及相机光学系统MTF分析、点扩散函数分析、波像差分析和公差分析对匹配误差产生的影响。研究结果表明,在各种影响三维测量仪光学成像系统测量误差的因素当中,相机的传递函数是影响系统三维定位误差最主要的因素,当系统MTFN值大于0.4lp/mm、系统几何畸变小于1个像素,PSF能量集中在以3μm为半径的圆环内(小于1个像素),且PSF峰值达到了0.9时,三维测量仪的定位误差可达到秒级精度。

陶瓷涂层对中红外探测器抗激光性能的影响

中红外激光器功率的不断提高使得传统红外成像制导武器临着前所未有的激光威胁。较高能量的激光会使导引头光机系统内部产生杂散光,从而干扰导引头正常工作。为增强当前红外成像导引头内部核心器件探测器的抗激光干扰和损伤能力,本文采用新型高吸收型陶瓷涂层材料增加导引头光机系统对杂散光的吸收能力,针对高吸收型陶瓷涂层和磨砂玻璃两种漫反射材料,通过等效实验对比了不同入射激光功率对红外探测器的干扰效果。研究结果表明:采用普通漫反射材料时,探测器在功率密度101.3 mW/cm^2处达到饱和;而采用高吸收型陶瓷涂层材料后,入射激光在探测器像面上的饱和功率密度阈值增大到784.5 mW/cm^2,其抗激光干扰能力相比于普通漫反射材料提高了近8倍。本文研究结果证明了采用高吸收型陶瓷涂层材料有助于增加红外成像导引头内部光机结构的消杂散光能力,能够有效提升现役导引头抗激光干扰能力,延长红外制导武器的战场生存周期。

基于非球面镜像差效应的长焦深高斯光束均匀化光学系统设计

近红外高斯激光束在强激光与材料相互作用、激光清洗、激光燃烧诊断等热点研究领域中发挥着重要的作用。然而,高斯光束能量分布的不均匀性阻碍了这些领域的深入发展。为提高工作效率和测量精度,实际应用中往往期望光束能量在较大工作距离内呈均匀分布,但现有光束整形方法无法同时满足长焦深和高激光耐受功率要求。为此,本文基于非球面像差效应提出并设计了一种新型长焦深高斯激光束均匀化光学系统,系统由非球面光束均匀化系统和球面长焦准直系统两部分组成,所有透镜均采用熔融石英并在其表面镀有增透膜,能够实现99.9%的光学系统传输效率。系统工作波段为1064 nm,工作距离为1000 mm,系统总长为135.2 mm,耐受激光功率不小于300 W。设计结果表明:整形后的平顶高斯光束有效焦深为±100 mm,光束均匀性≥95%,会聚角为17.52 mrad,能够满足上述应用场景的实际需求。本文设计的光束整形系统相比于其他激光光束均匀化系统,具有结构简单、易于加工、成本低、焦深长、耐受激光功率高、光束均匀化效果好的特点。

基于复眼阵列的红外制导装置箱内检测技术

针对红外成像制导装置箱内贮存的光学性能标定检测,以及其全生命周期的寿命评估和预测需求,提出了基于复眼阵列逆合成孔径成像的阵地检测新原理,利用每一个透镜单元所承担的光束孔径共同构成检测系统的出瞳,实现了红外平行光模拟检测装置的超薄化、贮存箱内嵌入式设计,研制了大出瞳直径、短焦红外制导装置箱内检测系统样机,并通过中波热像仪进行了成像像质验证,为降低导弹阵地关键光学参数检测的技术准备时间和综合检测成本、控制检测风险提供了技术支持。

一种小型化滚‐仰式长波红外光学系统设计

为实现空空弹导引头的小型化、轻量化设计,采用滚-仰式导引头总体布局方式,利用反射镜折转光路,选用J-T制冷型320×256长波红外探测器作为接收器件,设计了一种高分辨率长波红外成像制导光学系统。设计结果表明,光学系统样机焦距为100 mm,视场大小为5.5?×4.4?,在16 lp/mm处,轴上视场的调制传递函数(MTF值)高于0.54,轴外传递函数(MTF)高于0.40,系统畸变小于2.1%,系统在-45℃～+70℃温度范围内具有良好的消热差效果。此外利用光学设计软件对系统进行了杂散光和公差分析,经实测样机,光学系统成像质量优良,各项性能指标满足技术指标要求。

低照度背景下弱小目标的成像实验研究

无人机等弱小目标具有飞行高度低、反射截面小、热信息弱等特点,尤其在低照度背景下,单一成像方式难以实现对弱小目标的探测和识别。实验对比了可见光成像、微光夜视成像、长波红外成像、激光主动照明成像等对弱小目标的成像效果,目的是研究适用于不同照度背景下弱小目标的探测识别方法。外场实验中,被测目标为小型四旋翼无人机,尺寸为290 mm×290 mm×196 mm,实验环境照度在10^-2~10^-4 lx之间,作用距离范围0.5~2 km。成像实验结果表明:普通可见光系统无法在环境照度低于10-2 lx时成像;环境照度为10^-3 lx时,微光夜视和长波红外热系统的识别距离仅为0.5 km;近红外激光(中心波长808 nm)主动照明与微光夜视结合的主动成像方式可增加对弱小目标的识别距离,同等条件下主动照明成像作用距离是被动成像的3倍。

综述未来空战系统全程隐蔽攻击技术方向研究

针对未来空战中的电、磁、光等复杂环境,空空导弹强调先敌发现、先敌发射、先敌命中的“非接触”式作战,为保障信息通信安全的需求,提出了未来空战系统全程隐蔽攻击技术。通过开展隐蔽发射模式、低能耗远程滑翔飞行方案、高隐身远程空空导弹方案及其支撑关键技术等,论证了空空导弹全方位全频段被动隐身发射、攻击和全程被动制导的可行性,进而达到缩减武器自身光电、红外等频段内的目标特征,消减敌方的探测能力,抵消敌方的信息优势,在战争中取得出奇制胜的作战效果。

基于激光微多普勒效应的空间碎片探测技术研究

空间碎片目标具有平动、振动、转动等多维运动特征,对其进行多维运动参数的精确探测对于空间碎片编目管理及其再入轨道预测具有重要的意义。本文简述了激光微多普勒探测技术对空间碎片探测的基本原理,并对直径0.01m、0.1m、5m、10m,运动速度8km/s的空间目标有效激光探测距离和探测精度进行了仿真计算。结果表明利用激光微多普勒探测技术,可以对空间碎片实现较远的探测距离、较高的速度分辨率和角速度分辨率,可以实现对空间碎片高精度在轨观测。最后分析了能够实现激光微多普勒雷达在轨应用还需要解决的关键技术。