旋转对称非球面整流罩像差特性与校正研究
发布时间：2020-12-30 08:39
随着科技的进步,作为现代高科技的结晶和化身,导弹技术获得空前发展,成为维持世界战略平衡的支柱和信息化战争的主战装备。而红外制导技术因其制导精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、效费比高等优点,在现代精确制导体系中占据着重要的地位。现役红外制导系统的整流罩均采用球形头罩,其空气动力学特性较差。而共形光学系统的空气动力学性能明显优于球形头罩,成为球形整流罩的潜在替代者。虽然共形整流罩能大幅改善其空气动力学性能,减小飞行阻力,但是由于其自身的非对称性又引入了高阶像差,使光学成像质量大幅度下降。因此研究共形整流罩带来的像差,完善共形光学系统的设计十分重要。本文在上述背景下,开展了以下的研究工作:建立了在气动研究中阻力较小的四种流线形整流罩:椭球形整流罩、抛物面形整流罩、双曲面形整流罩以及冯卡门曲面形整流罩;在不同的目标视场下,分别分析了四种面形整流罩的像差特性;在0°目标视场时,通过改变长径比分析了长径比的变化对四种面形整流罩的像差带来的影响;改变整流罩内表面面形,得到了整流罩内表面非球面次数在像差校正中的作用。针对四种面形整流罩的不同像差特性,分别选取了合适的校正器,并对本文所选用的两种像差校正器...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同目标视场像质图[7]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-变得十分困难[17]。图1-2固定型校正器示意图[17](2)轴向移动的柱面镜像散是由于水平面光线和垂直面光线聚焦在了不同的焦点上所引起的一种几何像差，两个焦点形成两条彼此垂直的线段（焦线），产生称为切向像（或称子午像）和径向像（或称弧矢像）的模糊像面。众所周知，可以使用透镜等光学器件对聚焦能力较弱的一方进行补偿，以此来实现两个方向光焦度的相对平衡。然而，在共形光学系统中，光学万向架的位置会由于扫描视场的不同而不断地移动，这就需要所引入的补偿元件的光焦度也随之不断发生变化，而这显然是无法实现的，因此需要找到一个合适的方法，使静态的光学器件来满足光焦度的动态变化。这可以通过轴向移动两个相交的柱形光学元件来实现，因此1998年Whalen提出了使用一对轴向移动的柱面镜来校正像散的方法[18]。如图1-3所示，第一个柱面镜会在一个方向上进行像散校正，通过更改两个柱面镜之间的轴向间距，便可以调整入射在第二个柱面镜上的光线的高度，从而完成垂直该方向的像散校正。以这种方式，通过适当地选择校正元件的几何形状，可以在任何万向架位置调节由共形整流罩中的固有像散产生的两个像散线焦点。该方法的优点是对于像散可以进行大幅度地消除；缺点是，当实际使用共形光学系统时，校正量还必须随着目标视场的变化而变化，这对于实际的操作是非常不便且困难的。另外，使用该方法仅仅对像散有较好的校正效果，而对于其他类形的像差并不能达到让人十分满意的校正效果[19]。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-图1-3轴向移动柱面镜示意图[18]（3）横向移动位相板在一项专利中，阿尔瓦雷斯（Alvarez）和汉弗莱（Humphrey）提出并设计了一种由两个三次非球面板组成的系统，并且这两个三次非球面板的内表面是互补的[20]。当它们以内表面互补的状态摆放并轴向移动时，光焦度会因此而发生改变，横向的移动距离越大光焦度的数值也就越大，这两者是正相关的关系。此类相位板的厚度由最小化组件的厚度和确保厚度为正的变量组成。图1-4说明了横向移动位相板的面形以及它们在横向移动时的工作原理。如图所示，左侧的是一组完全互补放置的相位板，可以将其看作是一块没有光焦度的平面平行板；中间的一组板块已沿相反的方向移动了相等的距离，此时可以发现该系统的中央部分比边缘部分更厚，可以看成是和正透镜一样；当移动的方向与上述是反向时，如图1-4右侧的一组板所示，便可看成是和负透镜一样。阿尔瓦雷斯·汉弗莱（AlvarezHumphrey）透镜可以通过横向的移动距离来实现模拟不同的正透镜和负透镜。基于上述AlvarezHumphrey装置，Palusinski于1998年对倾斜、球差、离焦、慧差以及像散等波前畸变进行研究，发现根据对表面的描述，可以生成给定的像差，因此使用该装置也可以大幅度地抑制共形整流罩引入的动态像差[21]。图1-4横向移动位相板示意图[20]
【参考文献】：
期刊论文
[1]利于像差校正的共形整流罩内表面面形设计[J]. 张旺,左宝君,陈守谦,胡海力,范志刚. 光学学报. 2012(11)
[2]保形光学在导引头中的应用[J]. 张学成,徐榕,刘莉. 兵工自动化. 2010(04)
[3]折/衍混合消热差共形光学系统的设计[J]. 孙金霞,刘建卓,孙强,方伟. 光学精密工程. 2010(04)
[4]共形光学系统瞬时视场外杂散光的分析及处理[J]. 孙金霞,孙强. 应用光学. 2010(02)
[5]共形光学技术[J]. 黄秋,陈亦庆,高志峰. 光学技术. 2009(05)
[6]共形光学系统消色差设计[J]. 李东熙,卢振武,陆子凤,孙强,倪政国. 电光与控制. 2009(01)
[7]基于实际光线追迹的共形光学系统设计[J]. 李东熙,卢振武,孙强,陆子凤. 红外与激光工程. 2008(05)
[8]基于反转光楔和泽尼克多项式的共形光学设计[J]. 李岩,李林,黄一帆,姜震宇. 光子学报. 2008(09)
[9]共形整流罩像差特性分析及校正方法[J]. 孙金霞,孙强,卢振武,王健,刘建卓. 应用光学. 2008(05)
[10]红外空空导弹整流罩技术的新进展[J]. 孟庆超,段萌,张运强,姜成舟. 航空兵器. 2008(02)
博士论文
[1]共形整流罩动态像差特性及校正方法研究[D]. 党凡阳.哈尔滨工业大学 2018
硕士论文
[1]高速飞行器回转对称整流罩构型对外流场特性影响研究[D]. 史小田.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于计算成像的二次曲面共形光学系统像差校正技术研究[D]. 于佳倩.哈尔滨工业大学 2017
[3]滚摆式导引头伺服稳定平台设计与研究[D]. 曾龙.北京理工大学 2016
[4]基于反向旋转位相板的共形光学系统设计[D]. 崔小强.哈尔滨工业大学 2013
[5]共形光学系统固定校正器设计方法研究[D]. 张旺.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：2947346
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同目标视场像质图[7]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-变得十分困难[17]。图1-2固定型校正器示意图[17](2)轴向移动的柱面镜像散是由于水平面光线和垂直面光线聚焦在了不同的焦点上所引起的一种几何像差，两个焦点形成两条彼此垂直的线段（焦线），产生称为切向像（或称子午像）和径向像（或称弧矢像）的模糊像面。众所周知，可以使用透镜等光学器件对聚焦能力较弱的一方进行补偿，以此来实现两个方向光焦度的相对平衡。然而，在共形光学系统中，光学万向架的位置会由于扫描视场的不同而不断地移动，这就需要所引入的补偿元件的光焦度也随之不断发生变化，而这显然是无法实现的，因此需要找到一个合适的方法，使静态的光学器件来满足光焦度的动态变化。这可以通过轴向移动两个相交的柱形光学元件来实现，因此1998年Whalen提出了使用一对轴向移动的柱面镜来校正像散的方法[18]。如图1-3所示，第一个柱面镜会在一个方向上进行像散校正，通过更改两个柱面镜之间的轴向间距，便可以调整入射在第二个柱面镜上的光线的高度，从而完成垂直该方向的像散校正。以这种方式，通过适当地选择校正元件的几何形状，可以在任何万向架位置调节由共形整流罩中的固有像散产生的两个像散线焦点。该方法的优点是对于像散可以进行大幅度地消除；缺点是，当实际使用共形光学系统时，校正量还必须随着目标视场的变化而变化，这对于实际的操作是非常不便且困难的。另外，使用该方法仅仅对像散有较好的校正效果，而对于其他类形的像差并不能达到让人十分满意的校正效果[19]。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-图1-3轴向移动柱面镜示意图[18]（3）横向移动位相板在一项专利中，阿尔瓦雷斯（Alvarez）和汉弗莱（Humphrey）提出并设计了一种由两个三次非球面板组成的系统，并且这两个三次非球面板的内表面是互补的[20]。当它们以内表面互补的状态摆放并轴向移动时，光焦度会因此而发生改变，横向的移动距离越大光焦度的数值也就越大，这两者是正相关的关系。此类相位板的厚度由最小化组件的厚度和确保厚度为正的变量组成。图1-4说明了横向移动位相板的面形以及它们在横向移动时的工作原理。如图所示，左侧的是一组完全互补放置的相位板，可以将其看作是一块没有光焦度的平面平行板；中间的一组板块已沿相反的方向移动了相等的距离，此时可以发现该系统的中央部分比边缘部分更厚，可以看成是和正透镜一样；当移动的方向与上述是反向时，如图1-4右侧的一组板所示，便可看成是和负透镜一样。阿尔瓦雷斯·汉弗莱（AlvarezHumphrey）透镜可以通过横向的移动距离来实现模拟不同的正透镜和负透镜。基于上述AlvarezHumphrey装置，Palusinski于1998年对倾斜、球差、离焦、慧差以及像散等波前畸变进行研究，发现根据对表面的描述，可以生成给定的像差，因此使用该装置也可以大幅度地抑制共形整流罩引入的动态像差[21]。图1-4横向移动位相板示意图[20]
【参考文献】：
期刊论文
[1]利于像差校正的共形整流罩内表面面形设计[J]. 张旺,左宝君,陈守谦,胡海力,范志刚. 光学学报. 2012(11)
[2]保形光学在导引头中的应用[J]. 张学成,徐榕,刘莉. 兵工自动化. 2010(04)
[3]折/衍混合消热差共形光学系统的设计[J]. 孙金霞,刘建卓,孙强,方伟. 光学精密工程. 2010(04)
[4]共形光学系统瞬时视场外杂散光的分析及处理[J]. 孙金霞,孙强. 应用光学. 2010(02)
[5]共形光学技术[J]. 黄秋,陈亦庆,高志峰. 光学技术. 2009(05)
[6]共形光学系统消色差设计[J]. 李东熙,卢振武,陆子凤,孙强,倪政国. 电光与控制. 2009(01)
[7]基于实际光线追迹的共形光学系统设计[J]. 李东熙,卢振武,孙强,陆子凤. 红外与激光工程. 2008(05)
[8]基于反转光楔和泽尼克多项式的共形光学设计[J]. 李岩,李林,黄一帆,姜震宇. 光子学报. 2008(09)
[9]共形整流罩像差特性分析及校正方法[J]. 孙金霞,孙强,卢振武,王健,刘建卓. 应用光学. 2008(05)
[10]红外空空导弹整流罩技术的新进展[J]. 孟庆超,段萌,张运强,姜成舟. 航空兵器. 2008(02)
博士论文
[1]共形整流罩动态像差特性及校正方法研究[D]. 党凡阳.哈尔滨工业大学 2018
硕士论文
[1]高速飞行器回转对称整流罩构型对外流场特性影响研究[D]. 史小田.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于计算成像的二次曲面共形光学系统像差校正技术研究[D]. 于佳倩.哈尔滨工业大学 2017
[3]滚摆式导引头伺服稳定平台设计与研究[D]. 曾龙.北京理工大学 2016
[4]基于反向旋转位相板的共形光学系统设计[D]. 崔小强.哈尔滨工业大学 2013
[5]共形光学系统固定校正器设计方法研究[D]. 张旺.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：2947346
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