原创《基于双光楔双模光学系统设计分析》：这篇光学系统设计论文范文为免费优秀学术论文范文,可用于相关写作参考。
摘 要： 在導引系统中, 将双光楔结构和双模复合光学系统相结合, 使复合光学系统保持不动, 通过双光楔的运动来实现系统的扫描和跟踪. 这种设计不仅简化了位标器的设计, 也给复合光学系统的设计提供了足够空间余量, 有利于导引系统的总体设计. 本文提出一种基于双光楔的红外/激光双模光学系统设计方案, 可用于获取目标的双模信息, 分析了光学系统的基本参数, 研究了采用双光楔结构对扫描视场的实现方法, 并对整体光学系统进行了设计. 所设计系统实现了红外和激光双波段的良好成像, 满足导引系统的使用需求.
关键词： 光学设计; 双模光学系统; 双光楔
中图分类号： TN219; TN249 文献标识码： A文章编号： 1673-5048（2018）01-0043-04
0 引 言
在现代化空天战争中, 精确制导武器成为实施毁灭性打击的重要手段. 目前, 精确制导武器导引制导方式主要包括红外制导、 激光制导、 雷达制导等. 随着未来战争环境越来越复杂, 攻防对抗越来越激烈, 精确制导武器的打击能力受到严重的影响, 多模复合制导方式得到了快速的发展, 这种方式不仅提高了抗干扰能力和复杂战场环境下的命中精度, 同时具备打击多种目标的能力, 提高武器作战灵活性和作战效能[1].
目前, 多模复合制导技术中最常见的是双模制导技术, 在导弹上应用和正在发展的双模制导技术主要包括雷达/红外、 雷达/电视、 紫外/红外、 可见光/红外、 毫米波/红外和红外/激光等. 其中红外成像/激光成像复合制导技术是该领域的一个重要分支[2].
然而, 由于两种制导方式的复合必然会增加光学系统的体积和重量, 从而增加导引系统位标器的设计难度, 特别是对位标器的空间布局和响应速度有很大的影响. 因此, 本文考虑将双光楔结构和双模复合光学系统相结合, 使复合光学系统保持不动, 通过双光楔的运动来实现系统的扫描和跟踪. 这种设计简化了位标器的设计, 并给复合光学系统的设计提供了足够空间余量, 更有利于系统的总体设计.
1 双模复合光学系统参数确定
1.1 系统设计思路
目前较为常用的位标器结构有双框架式和横滚俯仰两轴式等, 光学系统一般要安置在某个框架上, 随框架进行运动, 达到对目标搜索和跟踪的目的.
然而, 这样的结构对光学系统的重量和尺寸有较为严格的要求, 限制了光学系统的设计, 特别是双模光学系统, 由于要将两个波段融合在一起,
必然要增加体积和重量, 影响位标器的跟踪速度和响应能力等, 从而给位标器设
计带来压力.
因此, 本文利用光楔对光线的偏折特性, 通过双光楔旋转实现系统的扫描和跟踪, 仅采用两个转动机构, 负载两个光楔进行运动, 极大地简化了位标器的设计; 同时, 这样设计使后面的光学系统和弹体固定在一起即可, 不需要随运动机构进行运动, 从而不需要对光学系统进行严格的尺寸和重量控制, 为其提供了较大的设计裕度, 有利于性能的提高.
1.2 系统性能指标
1.2.1 红外分系统技术指标
（1） 红外接收系统视场： 5°×4°.
（2） 中波致冷面阵探测器, 像元中心距： 30 μm×30 μm; 像元数： 320×256.
（3） 工作波段： 3～5 μm.
1.2.2 激光分系统技术指标
（1） 激光接收系统视场： 2°×1.6°.
（2） 近红外探测器, 像元中心距： 30 μm×30 μm; 像元数： 320×256.
（3） 工作波段： 1.57 μm.
1.3 光学参数计算
1.3.1 焦距
焦距计算公式如下：
f ′等于d2tanω（1）
式中： ω为半瞬时视场角; d为探测器光敏面尺寸; f ′为光学系统焦距.
计算可得红外接收光学系统焦距为
f ′IR等于320×30 μm2tan（5°/2）等于109.9 mm
计算可得激光接收光学系统焦距为
f ′Laser等于320×30 μm2tan（2°/2）等于275 mm
1.3.2 系统入瞳口径
入瞳口径计算公式如下：
DIR等于f ′F/#（2）
式中： F/#为系统F数.
红外接收系统F/#由制冷探测器本身决定, 则计算可得红外接收系统入瞳口径为
DIR等于f ′F/#等于109.9 mm1.88等于58.5 mm
激光接收系统入瞳口径和红外接收系统保持一致, 设计时也将其确定为58.5 mm.
2 双光楔参数确定
2.1 光楔偏折原理
光楔是楔角α很小的棱镜, 由于折射角很小, 其偏向角δ公式可以大大简化, 如公式（3）所示：
δ等于α（n-1）（3）
2.2 光楔对消色差原理
由于光楔和棱镜都具有色散的特性, 因此, 当发生偏折时要考虑系统的色差, 对于该问题可以采用组合光楔对减小色差的影响[3]. 组合光楔对是由两个不同材料的光楔组成一个光楔对, 楔角大的光楔采用色散小的硅材料, 楔角小的光楔采用色散大的锗材料. 根据公式（4）～（5）建立色散方程：
光学系统设计论文参考资料：
结论：基于双光楔双模光学系统设计分析为适合光学系统设计论文写作的大学硕士及相关本科毕业论文，相关zemax光学系统设计开题报告范文和学术职称论文参考文献下载。
