红外双波段双视场成像告警系统设计

针对复杂环境下远距离点目标弱目标探测的需求,设计了红外双波段双视场成像告警系统。为提高其目标探测能力以及环境适应能力,该系统采用高阶非球面,减少系统镜片数量,提高系统透过率,同时校正轴上、轴外像差及高级像差,提高系统成像质量;采用光学被动消热差方式,实现了光学系统-40~60℃的无热化设计。采用旋转电磁铁为驱动元件,实现了80 ms大/小视场切换速度以确保目标在视场切换过程中不丢失。采用电限位、机械限位以及磁力锁紧机构作为限位组件,实现了大/小视场切换后光轴晃动小于两个像素的稳定精度。设计结果表明,该红外成像告警系统光机结构设计合理、结构紧凑、成像质量好,满足目标探测要求,在红外成像告警领域具有较好的应用前景。

红外双波段双视场共光路光学系统

考虑红外多波段双视场共光路系统多谱段色差严重且能量透过率低,本文设计了结构简单的红外中波/长波双波段双视场折射系统,实现了成像系统的功能多样性。该系统采用了320pixel×240pixel红外中波和长波双色焦平面阵列探测器,通过引入非球面元件提高了系统校正像差的能力,实现了镜片组的结构性调整。系统包括变焦和二次成像两个子系统,其中变焦系统短焦距为50mm,长焦距为200mm,满足100%冷阑匹配。像质评价结果表明:在17lp/mm处,调制传递函数(MTF)在中波处大于0.5,在长波处两个视场下都接近衍射极限;另外80%左右的能量都能被集中在一个像元上,光谱透过率均匀,且无严重的冷反射现象。优化后的光学系统具有适用范围广,结构紧凑以及成像效果好等优点,在机载光电侦察跟踪设备上有较好的应用前景。

高速切换紧凑型双视场无热化红外光学系统设计

采用透射二次成像光学系统结构形式,实现了远射比为1,F数为1.67,变倍比为4.6的红外双视场光学系统设计。采用光学元件切换变倍方式,配合电磁阀切换机构实现了60 ms的变倍速率;采用光学被动补偿方式,通过适当的光学和结构材料匹配,实现了-40^+50℃无热化设计。设计结果表明:光学系统在不同温度下各视场调制传递函数在特征频率为20 lp/mm时接近衍射极限,空间排布紧凑,视场切换速度快,该双视场红外光学系统满足应用需求。

中波/长波双色多视场光学系统设计

设计了一种基于中/长波双色焦平面阵列探测器的红外多视场变焦距光学系统,通过在窄视场光路中插入不同镜组的方式实现宽、中、窄视场的转换,并利用谐衍射原理和非球面设计进行像差平衡,其工作波长范围为中波3～5μm、长波7.7～9.5μm,F数为3,变倍比达到18∶1.设计结果表明,在中长波双色工作模式下,中长波各个视场的MTF均接近衍射极限、中波红外70%的能量分布在一个探测器像元内、长波红外60%的能量分布在一个探测器像元内、温度适应性好.该双色多视场光学系统在军民用光电探测领域有重要作用和广阔的市场前景.

基于双视场弹载星敏感器的姿态测量及误差分析

姿态测量是导弹导航、制导系统的重要组成部分,为提高弹载星敏感器测量姿态的精度,提出了基于双视场星敏感器测量导弹姿态的方法。首先,由单个视场中的导航星求得每一个视轴的方位,然后通过双视轴矢量求得弹体在赤道惯性坐标系姿态,由发射点惯性系和赤道惯性系的关系,可得到导弹在发射点惯性系的姿态,并给出了具体数学表达式。最后,定量分析了双视场中星数目对姿态精度的影响,对合理采用姿态数据,提高测量精度有一定的指导意义。

中波红外光学系统光学被动无热化设计

介绍了多重结构中波红外系统光学被动无热化设计的方法，设计了一个双视场无热化中波红外光学系统。该系统由变焦系统和二次成像系统构成，采用光学被动无热化技术设计，通过轴向移动一组（2个）光学元件实现系统变焦；采用硅、锗两种材料及引入两个非球面实现光学被动无热化设计。系统工作波段为4．5～5．1μm，结构紧凑，满足100％冷光阑效率，像质评定结果表明，光学系统在全温度范围内（-60～70℃）双视场像质良好，证明了该方法的正确性与可行性。

红外双波段/双视场望远系统设计

红外双波段/双视场光学系统能提升红外系统的探测能力,为了满足探测要求,提出了双波段/双视场红外望远光学系统的设计方法,设计了一种双波段/双视场红外望远光学系统,采用切换式视场变换方式,使用了锗、硒化锌和氟化钡3种光学材料。仿真结果表明,该系统结构简单,像质良好,在16 lp/mm处的MTF值大于0.5。

一种高性能双视场长波红外光学系统

设计了一款高性能的紧凑型双视场长波红外光学系统,该光学系统由前固定组、变倍调焦组、后固定组、中继组组成。采用机械补偿变焦方式、光瞳匹配技术、二次成像和二次折叠,有效地对光学系统纵向和横向尺寸进行了约束,外形包络在220 mm×95 mm(局部135 mm)×50 mm(局部110mm)范围内,系统紧凑,体积小。通过光学和结构材料的优选搭配及光学系统参数优化配置,在-40℃~70℃范围内,控制了光学系统热差,光学系统光轴稳定,小视场光轴稳定性<0.04 mrad,大/小视场转换光轴平行性<0.1 mrad;应用该光学系统的热像仪性能高,MRTD(3 cyc/mrad)=0.07 K,NETD=30 m K。设计结果表明光学系统像质良好,满足热像仪使用要求。

倒装焊机视觉定位系统

倒装焊技术被越来越多地应用于微波组件和光电子器件等高频和高速电子产品的生产制造中。介绍了倒装焊机的功能要求。重点分析了复合精密定位平台和双面双视场光学系统的设计原理和系统设计方案。通过建立设计模型,提出一种实用的图像对位算法,经应用验证,该算法能满足系统的对位精度要求。

被动无热化切换式长波红外双视场望远镜

提出切换式双视场光学系统的结构形式,探讨了切换式双视场光学系统的被动无热化设计理论。在此基础上,设计了工作波长为7.7μm～10.3μm的被动无热化切换式双视场望远镜。采用衍射面和非球面减少光学元件数量并提高像质,切换式双视场望远镜在-55℃～+70℃全温度带内MTF@18 lp/mm≥0.45。最后对设计结果进行了扩展,给出2个以该结构形式和材料分配为基础的镜头设计结果,结果表明该结构形式和材料分配具有一定的普适性。

双视场红外扫描成像系统冷反射抑制

介绍了冷反射电平的计算公式,其可以分为基准等效温差、光学效率比和冷反射系数等3个部分。分别从这3个部分出发,讨论了冷反射抑制方法,并以此为基础提出了适用于扫描成像系统的冷反射抑制方案。传统光学设计抑制法在减小冷反射系数中存在控制过严和控制失效等缺陷,提出了一种直接控制光线在冷光阑上高度的方法,有效地解决了传统方法存在的缺陷。双视场红外扫描成像系统的冷反射抑制实例验证了该方法的有效性,与传统方法相比具有直接、优化自由度高等优势。

可见光/红外双视场全景式航空侦查相机光学系统设计

为提高航空侦查识别目标能力以及满足部队全天候作战需要,设计了一种应用于全景航空侦查相机的可见光/红外双视场成像光学系统。可见光光学系统焦距为165mm/660mm,相对孔径为1:8.8,视场角为9.1°×6.8°/2.3°×1.7°;红外光学系统焦距为75mm/300mm,相对孔径为1:4,视场角为8.3°×6.2°/2.1°×1.6°。采用有限焦距光学系统前面加一个望远系统的方法实现变倍,根据红外器件及可见光器件的像元尺寸计算出红外系统及可见光系统的奈奎斯特频率分别为33lp/mm和91lp/mm。在33lp/mm处,红外光学系统大、小视场的MTF值分别为为0.35和0.37,在91lp/mm处,可见光光学系统大、小视场MTF值分别为0.41和0.4,成像质量接近衍射极限,表明光学系统成像质量良好,满足实际工程使用要求。

折/衍混合的红外双视场光学系统设计

为了实现红外双视场光学系统两个视场间的快速切换,同时满足便携式及易安装的需求,设计了一种轻量化的折/衍混合红外双视场光学系统.系统采用折/衍混合和二次成像光学结构,利用光学设计软件对系统进行优化,评价了系统的像质,分析了系统温度补偿问题并给出其温度调焦曲线.系统工作波长为3.7～4.8μm,能实现120mm/60mm两档焦距变换.设计结果表明,冷光阑效率达到100%,在探测器的Nyquist频率33lp/mm处,轴外视场光学系统的调制传递函数大于0.3,系统光学总长为200mm.整个系统包括7块透镜,只需移动一片透镜就能完成双视场的转换,结构简单,实现了轻量化和高质量成像.

便携式双视场米散射激光雷达系统的研制

基于双视场设计的便携式米散射气溶胶激光雷达克服了传统米散射激光雷达盲区和过渡区大的缺点,实现了盲区和过渡区小于55 m的实际观测结果,这对近地面大气气溶胶的时空演变观测非常有效。详细介绍了该激光雷达样机系统的结构设计、技术参数,介绍了该双视场激光雷达双视场的信号拼接方法,既实现了远场的高信噪比探测,也保证了近场近乎零盲区的探测,可更加有效地应用于大气气溶胶的测量研究。通过与传统高能量的米散射气溶胶激光雷达平行比对,二者相关系数R^2=0.95,拟合的斜率为2.92,截距为0.011 a.u.,具有良好的一致性。通过对该激光雷达进行便携式小型化设计,可以方便可靠地将之集成于车载、机载等走航平台,实现对大气气溶胶的遥感测量。通过在线实验,表明该双视场激光雷达可有效应用于距地面10 km以内的大气气溶胶连续观测。

丽江2.4米望远镜双视场终端的控制与图像采集

为充分利用丽江2.4 m望远镜有限的卡焦接口,提高观测效率,研制了一个双视场天文观测终端,在2.4 m望远镜上实现不同视场和图像比例尺等参数进行快速测光和高分辨成像等天文观测,以满足不同的观测需求。针对该终端对滤光片轮精度和大视场光路与小视场光路切换的精度要求,以及对电子倍增电荷耦合器件(Electron-Multiplying Charge-Coupled Device,EMCCD)相机图像采集的速度要求,采用三层电机闭环控制以及多线程并发执行等技术,实现了该终端中滤光片轮、大视场光路与小视场光路切换的精确控制,以及EMCCD相机图像的快速采集与存储。最后在实验室进行了详细测试,结果表明,所设计的控制与图像采集系统能满足各项性能指标的要求。

双波段／双视场非制冷红外光学系统设计

针对320×256双色非制冷探测器，设计了双波段／双视场红外光学系统，该系统可以实现焦距为37mm／100mm两档切换，工作波段为3．7-4-3μm/7．7～9．3μm。系统F数为1．2，由5片透镜组成，包含3个非球面。设计结果表明，该系统具有结构简单、透过率高、体积小、像质高等优点。