飞机共形光学窗口像差和瞄视误差的静态校正技术研究

发布时间：2017-11-21 22:01

  本文关键词：飞机共形光学窗口像差和瞄视误差的静态校正技术研究

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【摘要】：飞机共形光学窗口不同于传统的球面或平面窗口,能够满足飞机的外形轮廓要求,进而提升飞机的空气动力学性能,并增强飞机隐身效果,将在未来飞机上发挥重要作用。但是,共形光学窗口因其特殊面形及常相对其后扫描成像系统倾斜,在光学系统中引入了随观察视角变化而改变的动态像差和动态瞄视误差,给共形光学设计带来了挑战。共形光学设计难点在于需要同时校正共形光学窗口引入的动态像差和动态瞄视误差。共形光学窗口像差和瞄视误差的动态特性使人们更容易想到利用动态校正途径实现窗口像差和瞄视误差校正,如利用动态校正器校正动态像差及在控制系统中加入角度补偿环节校正动态瞄视误差。但动态校正途径降低了系统的稳定性,增加了系统的复杂程度。静态校正途径是利用静态的光学校正元件实现共形光学窗口动态像差和动态瞄视误差校正,其具有简单,稳定和低成本的优点。本论文针对目前无有效可行的飞机共形光学窗口像差和瞄视误差静态校正途径,开展了飞机共形光学窗口像差和瞄视误差的静态校正技术研究,探索了能够实现共形光学窗口动态像差和动态瞄视误差同时校正的静态光学途径。主要内容及结果如下:(1)在研究共形窗口光学特征及共形窗口光学系统结构特点的基础上,建立了共形窗口光学系统模型。研究了泽尼克多项式与像差的关系,并基于泽尼克多项式分析了共形光学窗口的像差特性。基于矢量像差理论研究了离轴光学系统和面对称光学系统的矢量像差特性,进而分析了共形光学窗口的矢量像差特性。分析结果表明,共形光学窗口引入了大量像散,像散场节点远离像面导致像面上全视场范围内像散呈常量分布,但其量值和方向随观察视角变化而改变。(2)分析了共形光学窗口引入瞄视误差的原因,建立了共形窗口光学系统瞄视误差模型。并根据该模型对共形光学窗口引入的动态瞄视误差进行了计算分析。分析结果表明共形光学窗口引入了可观的瞄视误差并且瞄视误差随观察视角增大而增大。提出了用静态的倾斜或偏心光学元件实现共形光学窗口动态瞄视误差校正。阐明了该静态校正途径的原理,并依据该原理给出了设计实例。设计结果表明,静态的倾斜或偏心光学元件能够有效地校正共形光学窗口引入的动态瞄视误差。并且该静态校正途径也有利于共形光学窗口非对称像差的校正。(3)提出了用倾斜的非旋转对称光学元件实现共形光学窗口动态像差和动态瞄视误差校正,并且倾斜的非旋转对称校正元件固定在共形光学窗口后面,不随观察视角变化而改变位置和方位。在研究非旋转对称面形光学特征的基础上,针对共形光学窗口引入的主要像差即像散,提出了用倾斜的双曲率面光学元件实现共形光学窗口动态像差和动态瞄视误差校正。阐明了该静态校正途径的原理,并依据该原理设计了倾斜的双曲率面校正元件,实现了共形光学窗口动态像散和动态瞄视误差的同时校正。为了使校正器适用于更为复杂的像差校正,提出了用倾斜的自由曲面光学元件实现共形光学窗口动态像差和动态瞄视误差校正。阐明了该静态校正途径的原理,并依据该原理设计了倾斜的自由曲面校正元件,使系统在各观察视角均达到衍射极限像质且校正了动态瞄视误差。(4)提出了用倾斜偏心的旋转对称光学元件实现共形光学窗口动态像差和动态瞄视误差校正,并且倾斜偏心的旋转对称校正元件固定在共形光学窗口后面,不随观察视角变化而改变位置和方位。阐明了该静态校正途径的原理并依据该原理设计了倾斜偏心的旋转对称校正元件。设计结果表明,倾斜偏心的旋转对称光学元件能够同时校正共形光学窗口引入的动态像差和动态瞄视误差。(5)从理论上证明了共形光学窗口内表面可以用于校正0°观察视角共形光学窗口引入的非对称像差,进而提出了用共形光学窗口内表面和倾斜固定校正器实现共形光学窗口动态像差和动态瞄视误差校正。固定校正器是旋转对称光学元件且固定在共形光学元件后面,不随观察视角变化而改变位置和方位。阐明了该静态校正途径的原理并依据该原理给出了设计实例。设计结果表明,用该校正途径能够实现共形光学窗口动态像差和动态瞄视误差的同时校正。并且固定校正器具有旋转对称面形,有利于加工和检测。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V223.9

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本文编号：1212406