灵巧型长焦多波段共口径光学系统的研究

CIOMP OpenIR

	灵巧型长焦多波段共口径光学系统的研究
	邢振冲
学位类型	博士
导师	张葆
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	多波段共口径光学设计杂散光分析光学装调调制传递函数
摘要	光电系统在军事侦察,伪装识别,地质勘查,环境检测,防火救灾等领域得到了广泛应用。跟瞄系统作为光电系统中的一类,通过探测并判定目标,进而对目标进行识别和跟踪。并在跟踪过程中,获取目标特征信息并反馈给处理系统进行结算。传统的分布式结构限制了光学口径的大小,从而限制了系统的探测范围,采用共口径设计不仅可以提高探测能力,还可以减小体积,这对于机载设备是很有利的,采用激光发射与回波信号接收使用同一个口径即激光发射与接收共口径的实施方案,不仅可以提高元件的利用率、降低成本;而且可以精确对准激光的发射光轴与回波信号接收光轴,从而提高测量精度。而单一波段仅能反应目标的部分特性,为了准确全面并且不受干扰的获取目标信息,需要综合目标不同波段的图像信息,实现全天候准确跟瞄目标。激光发射与接收共口径,不仅可以扩大激光的国外很早就开展了灵巧型长焦多波段共口径光学系统成像系统的研制工作。本文以具体的创新项目为依托,研究了灵巧型长焦多波段共口径光学系统设计过程中的部分问题。主要对多波段共口径光学系统的设计,检测,装调与分析,拼接式光学窗口研究,激光发射接收共口径等关键技术进行了研究。根据项目需求,设计了用于球型悬挂式光电系统和用于嵌入式光电系统的两种灵巧型长焦多波段共口径光学系统,球型光学系统采用卡塞格林系统作为共口径前端,实现了可见光,中波红外以及激光接收的共口径设计,焦距和F数分别为:嵌入式光学系统采用离轴三反系统作为共口径前端,实现了可见光,中波红外以及激光发射,接收共口径设计。对设计好的光学系统进行了杂散光分析,根据分析结果设计合理的遮光罩和挡光环,两套系统的杂散光系数均满足要求。对红外系统还需要进一步分析其冷反射,建立合适的冷反射数学模型,并结合实际的光学实用需求,分析灵巧型红外光学系统冷反射以及调焦过程中冷反射的变化情况,并指导光学设计进一步改进优化。据后向散射噪声的偏振特性,提出采用光学手段进行后向散射噪声抑制。在后向散射噪声抑制研究过程中,利用琼斯矩阵对共口径激光系统中后向散射噪声的组成成分进行分析,依据共口径激光系统原理搭建实验光路对系统中后向散射噪声组成成分进行测量。理论分析与实验结果表明:激光共口径系统中的后向散射噪声偏振态与激光照射脉冲偏振态相同,当激光发射脉冲主要为P偏振脉冲时,后向散射噪声由沿P方向与沿S方向振动的线偏振激光脉冲组成,其中P分量为偏振分光棱镜分光面反射能量,且为主要成分,S分量为激光发射脉冲中的小部分。因此,可应用提高发射激光脉冲的线偏振度以减小后向散射噪声中S分量,提高接收光路中元件偏振消光比消除P分量的方法,抑制系统内部后向散射噪声,且此方法具有系统结构简单,工作稳定高效,且拥有较大的带宽的特点。利用衍射光学相关知识以及傅里叶变换等数学方法,建立了拼接式光学窗口对光学系统传递函数影响的数学模型,分析了拼接窗口的参数,光学系统参数与光学系统传递函数之间的关系,该数学模型可以根据光学系统需求指导拼接窗口的加工设计。针对灵巧型离轴三反非球面设计制定合适的检测方案,设计对应的补偿器,并对加工好的非球面进行复检。完成了卡塞格林系统与离轴三反光学系统的装调工作。综上所述,本课题为灵巧型长焦多波段共口径光学系统的研究储备了大量的理论与实践经验,为设计超长探测距离,多功能灵巧光电瞄准系统提供了技术支持。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61669
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	邢振冲. 灵巧型长焦多波段共口径光学系统的研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

条目包含的文件
文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
灵巧型长焦多波段共口径光学系统的研究.c（8176KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文