本文選題：紅外成像制導(dǎo) + 無熱化設(shè)計(jì)�。� 參考：《中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所》2017年博士論文

【摘要】：隨著紅外技術(shù)在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,紅外成像制導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)成為了世界各國(guó)競(jìng)相研究的熱點(diǎn)。紅外成像制導(dǎo)技術(shù)具有全天候全天時(shí)的制導(dǎo)能力、較高的探測(cè)靈敏度和空間分辨率、較強(qiáng)的抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn),并可以在復(fù)雜的背景下完成對(duì)目標(biāo)的自主捕獲、識(shí)別與跟蹤,已經(jīng)成為世界各國(guó)發(fā)展精確制導(dǎo)武器的重要技術(shù)手段。本文以具體的國(guó)防項(xiàng)目為依托,針對(duì)應(yīng)用于紅外成像制導(dǎo)的中波紅外目標(biāo)探測(cè)裝置展開了相應(yīng)的研制工作,主要進(jìn)行了紅外光學(xué)系統(tǒng)無熱化設(shè)計(jì)、冷反射效應(yīng)定量分析與抑制、系統(tǒng)像質(zhì)檢測(cè)與評(píng)價(jià)等關(guān)鍵技術(shù)的研究。為了保證紅外光學(xué)系統(tǒng)在-30℃~70℃的工作溫度范圍內(nèi)成像性能具有良好的熱穩(wěn)定性,分析了溫度變化對(duì)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能的影響,闡述了利用無熱圖實(shí)現(xiàn)密接型紅外光學(xué)系統(tǒng)無熱化設(shè)計(jì)的方法。在此基礎(chǔ)之上,重點(diǎn)研究了非密接型紅外光學(xué)系統(tǒng)的無熱化設(shè)計(jì)方法,使用無熱圖完成了Petzval和Cooke結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜化結(jié)構(gòu)的無熱化分析,并提出了求解相應(yīng)復(fù)雜化光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的數(shù)學(xué)模型,同時(shí),也提出了基于光闌二次成像的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。根據(jù)以上提出的方法,完成了中波紅外目標(biāo)探測(cè)裝置內(nèi)兩套紅外二次成像光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作,兩系統(tǒng)的F數(shù)均為2,視場(chǎng)角分別為10°×8°和5°×4°,均達(dá)到了100%冷光闌效率,在-30℃~70℃的溫度范圍內(nèi),兩系統(tǒng)在各自奈奎斯特頻率處的MTF值均大于0.6,實(shí)現(xiàn)了良好的無熱化性能。針對(duì)制冷型紅外成像系統(tǒng)的冷反射效應(yīng)會(huì)引起系統(tǒng)成像性能退化的問題,本文研究了冷反射效應(yīng)的定量評(píng)價(jià)與抑制方法。通過使用冷反射引入溫差(NITD)作為冷反射效應(yīng)的定量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),并結(jié)合非序列模式光線追跡的方法完成了紅外成像系統(tǒng)冷反射效應(yīng)的定量評(píng)價(jià);提出了一種具體的冷反射效應(yīng)抑制流程,并通過該方法實(shí)現(xiàn)了紅外成像系統(tǒng)冷反射效應(yīng)的抑制。評(píng)價(jià)結(jié)果表明:在冷反射效應(yīng)抑制前后,中波紅外1成像系統(tǒng)在最高工作溫度時(shí)軸上點(diǎn)的NITD由0.863K降低到0.114K,最高溫與基準(zhǔn)溫度之間軸上點(diǎn)NITD的差值由0.751K降低到0.096K;中波紅外2成像系統(tǒng)在最高工作溫度時(shí)軸上點(diǎn)的NITD由1.894K降低到0.121K,最高溫與基準(zhǔn)溫度之間軸上點(diǎn)NITD的差值由1.394K降低到0.089K。此外,兩套紅外成像系統(tǒng)的MTF值仍都大于0.6。為了實(shí)現(xiàn)紅外成像系統(tǒng)MTF的高精度檢測(cè),本文提出了一種改進(jìn)的傾斜刃邊法。針對(duì)傳統(tǒng)方法中刃邊傾角提取和ESF構(gòu)建易受噪聲影響的問題,利用梯度算子和區(qū)域截取相結(jié)合的方法提高了刃邊傾角的提取精度,并給出了傾斜刃邊圖像中像素的投影方程,通過多重去噪處理的方法提高了ESF的構(gòu)建精度。給出了仿真實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程,利用仿真實(shí)驗(yàn)證明了本文改進(jìn)方法的有效性,并分析了刃邊傾角、噪聲變化對(duì)本文改進(jìn)方法MTF測(cè)試精度的影響。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本文改進(jìn)方法的MTF測(cè)試精度達(dá)到0.0052,測(cè)試重復(fù)精度達(dá)到0.0036,皆優(yōu)于傳統(tǒng)方法,此外,本文改進(jìn)方法具有較強(qiáng)的抗噪性,基本不受刃邊傾角變化的影響。將本文改進(jìn)傾斜刃邊法應(yīng)用于實(shí)際紅外成像系統(tǒng)整機(jī)的定焦工作中,并利用兩點(diǎn)校正的方法完成了紅外成像系統(tǒng)的非均勻性校正。根據(jù)對(duì)實(shí)際紅外成像系統(tǒng)的MTF測(cè)試實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步驗(yàn)證了改進(jìn)傾斜刃邊法的高精度,也說明了使用該方法定焦的正確性。通過紅外成像系統(tǒng)的高低溫測(cè)試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的無熱化性能和冷反射效應(yīng)的抑制情況,說明了本文提出的無熱化設(shè)計(jì)方法、冷反射效應(yīng)抑制方法的有效性。最后,完成了實(shí)際紅外成像系統(tǒng)MRTD和畸變的測(cè)試。
[Abstract]:In order to ensure that the infrared optical system has good thermal stability at the temperature range of -30 鈩，

本文編號(hào)：1840889