中波红外目标探测装置关键技术研究

发布时间：2018-05-04 01:06

  本文选题：红外成像制导 + 无热化设计　； 参考：《中国科学院长春光学精密机械与物理研究所》2017年博士论文

【摘要】：随着红外技术在军事领域的广泛应用,红外成像制导技术已经成为了世界各国竞相研究的热点。红外成像制导技术具有全天候全天时的制导能力、较高的探测灵敏度和空间分辨率、较强的抗干扰能力等优点,并可以在复杂的背景下完成对目标的自主捕获、识别与跟踪,已经成为世界各国发展精确制导武器的重要技术手段。本文以具体的国防项目为依托,针对应用于红外成像制导的中波红外目标探测装置展开了相应的研制工作,主要进行了红外光学系统无热化设计、冷反射效应定量分析与抑制、系统像质检测与评价等关键技术的研究。为了保证红外光学系统在-30℃~70℃的工作温度范围内成像性能具有良好的热稳定性,分析了温度变化对光学系统结构参数及性能的影响,阐述了利用无热图实现密接型红外光学系统无热化设计的方法。在此基础之上,重点研究了非密接型红外光学系统的无热化设计方法,使用无热图完成了Petzval和Cooke结构及其复杂化结构的无热化分析,并提出了求解相应复杂化光学系统初始结构参数的数学模型,同时,也提出了基于光阑二次成像的光学系统结构计算方法。根据以上提出的方法,完成了中波红外目标探测装置内两套红外二次成像光学系统的设计工作,两系统的F数均为2,视场角分别为10°×8°和5°×4°,均达到了100%冷光阑效率,在-30℃~70℃的温度范围内,两系统在各自奈奎斯特频率处的MTF值均大于0.6,实现了良好的无热化性能。针对制冷型红外成像系统的冷反射效应会引起系统成像性能退化的问题,本文研究了冷反射效应的定量评价与抑制方法。通过使用冷反射引入温差(NITD)作为冷反射效应的定量评价标准,并结合非序列模式光线追迹的方法完成了红外成像系统冷反射效应的定量评价;提出了一种具体的冷反射效应抑制流程,并通过该方法实现了红外成像系统冷反射效应的抑制。评价结果表明:在冷反射效应抑制前后,中波红外1成像系统在最高工作温度时轴上点的NITD由0.863K降低到0.114K,最高温与基准温度之间轴上点NITD的差值由0.751K降低到0.096K;中波红外2成像系统在最高工作温度时轴上点的NITD由1.894K降低到0.121K,最高温与基准温度之间轴上点NITD的差值由1.394K降低到0.089K。此外,两套红外成像系统的MTF值仍都大于0.6。为了实现红外成像系统MTF的高精度检测,本文提出了一种改进的倾斜刃边法。针对传统方法中刃边倾角提取和ESF构建易受噪声影响的问题,利用梯度算子和区域截取相结合的方法提高了刃边倾角的提取精度,并给出了倾斜刃边图像中像素的投影方程,通过多重去噪处理的方法提高了ESF的构建精度。给出了仿真实验的详细设计过程,利用仿真实验证明了本文改进方法的有效性,并分析了刃边倾角、噪声变化对本文改进方法MTF测试精度的影响。仿真实验结果表明:本文改进方法的MTF测试精度达到0.0052,测试重复精度达到0.0036,皆优于传统方法,此外,本文改进方法具有较强的抗噪性,基本不受刃边倾角变化的影响。将本文改进倾斜刃边法应用于实际红外成像系统整机的定焦工作中,并利用两点校正的方法完成了红外成像系统的非均匀性校正。根据对实际红外成像系统的MTF测试实验,进一步验证了改进倾斜刃边法的高精度,也说明了使用该方法定焦的正确性。通过红外成像系统的高低温测试实验验证了系统的无热化性能和冷反射效应的抑制情况,说明了本文提出的无热化设计方法、冷反射效应抑制方法的有效性。最后,完成了实际红外成像系统MRTD和畸变的测试。
[Abstract]:In order to ensure that the infrared optical system has good thermal stability at the temperature range of -30 鈩，

本文编号：1840889