双波段共口径复合制导位标指示器光学系统研究

发布时间：2020-06-13 07:17

【摘要】：针对探测环境的复杂性和目标的多样性,单模制导位标指示系统已经处于劣势地位。而双模制导能够较好地匹配探测所存在的问题。现有双模制导主要类型有红外/雷达、雷达/电视、红外/紫外、毫米波/红外、红外双波段等,但在可见/长波红外方面研究较少。红外成像具有穿透能力强、探测精度高,但易受红外诱饵、烟幕、隐身的影响;可见光成像具有分辨率高、光谱信息丰富,但其图像抗干扰能力差。因此,将可见/长波红外复合,既可以在白天能见度较好的情况下对目标进行高分辨率成像,同时在夜间或者能见度较低的情况下对目标进行红外辐射探测。本文通过对宽波段消色差、齐焦理论和最小可分辨温差模型的分析,设计出一款折反射式双波段共口径复合制导位标器光学系统。其工作波长为0.486~0.656μm、7.7~9.5μm,俯仰、偏航视场为-26°~+26°,焦距105mm,F数为2。考虑气动光学效应对位标指示器光学系统像质的影响,建立湍流模型分析整流罩形变量,将最大形变量带入光学系统结构参数进行被动无热化处理。根据红外热辐射和传热学基本原理,分析特征目标表面热量交换过程,按照“温度-红外辐射值-红外图像灰度值”路线模拟红外图像。选取电子像移补偿方式对探测目标相对于位标指示器系统的像移运动进行像移补偿。设计结果表明:双波段共口径复合制导位标指示器光学系统满足所要求的各项技术指标。在-40℃~+60℃温度范围内消热差,成像质量接近衍射极限。设计的双波段光学系统具有共焦距特性且在不同温度下可见/红外热离焦量在焦深范围内。满足复合制导双波段同步探测以及识别目标信息的一致性。
【图文】：

界面图,大气模型,界面,模型

远距离、大目标、高精度已成为目前精确制导领域的核心关键词，红外成像系统是红外探测器接收物体热辐射能量显示目标和背景相关信息的[21]，能实现对远距离、标物体的高精度探测、识别以及认清目标等任务。国内红外探测器技术相对落后，这制了实现接收目标的红外辐射，恰好能把目标从背景中提取出来的作用距离要求。由同目标和背景辐射特性的不同，其传输过程实际是能量的传递，对于实际物体为灰体，辐射传输经过大气层会受到一定程度的衰减[22]。同时目标与背景存在温差，应考标和背景辐射差异的影响。结合上述两点建立适合于制导系统的作用距离模型，具体：.1 LOWTRAN 大气辐射传输模型LOWTRAN 利用 Beer 定律检验大气辐射传输模型[23]，通过设置大气模型、平流层流层、城市消光系数，VIS=5km、传输距离、天顶角等相关参数对大气成分进行分析体如下：

大气透过率,传输距离

随着传输距离的增加大气透过率是减小的。图 2.2 大气透过率与传输距离的关系图2.2 最小可分辨温差（MRTD）建模用可控温差的辐射源照射将目标不同细节信息等效成横纵比为 7:1 四条带构成的图案[24]，放置此图案在辐射能量一致的背景中，测试图案的辐射能量经过准直系统，被测系统接收辐射能量。测试人员通过热像仪显示设备观察得到目标的热辐射图像，当测试人员恰好能将目标等效条带在热像仪上分辨出（概率为 50%）四条带时，此时测试环境中目标和背景的温度差异即为红外热辐射测试系统能将目标和背景分辨出来的最小可分辨温差 MRTD[25]。具体的装置示意图，如图 2.3 所示。图 2.3 MRTD 测试装置示意图噪声等效温差（NETD）是用于评价黑体目标和背景处于特定温度环境中，测试系统信噪比为 1 时，，黑体目标和背景的温差。是红外成像光学系统特有的辐射评价指标[26]。如公式（2.1）所示：
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TJ765.3;TN21;TP391.41

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