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红外大视场折反周视预警光学系统研究

作　者: 王文芳
导　师: 杨晓许
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 光学工程
关键词: 红外光学系统 曼金镜 杂散光分析 内部辐射 PST
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着现代技术的发展，特别是信息技术的迅速发展，红外预警探测系统所起作用越来越大。红外光学系统在整个系统的最前端，相当于系统的眼睛，是红外预警系统最重要的部分，它的主要任务就是将目标和背景发出的红外辐射聚集到系统的探测面上。随着科技的发展，探测器器件层出不穷，所以对一些红外探测系统的要求也逐渐提高，这就对红外光学系统的优化设计和性能也提出了更高的要求。红外光学系统设计应该包括外型尺寸的设计和消杂光结构的设计。对于高精度的红外预警系统，光学系统杂散光的分析是系统完成任务的关键之一。本文针对某红外预警系统设计出一种红外大视场折反周视预警光学系统，并且对该系统展开杂散光的分析。本文第一部分内容根据系统的技术指标选择合适的初始结构，该系统设计基础仍然是两镜系统，但是两镜系统的有效视场比较小，为了克服这一难点，设计时将系统的主次镜都设计成曼金镜，这种方法避免了高次非球面的使用，降低了加工难度，系统的初始结构直接输入光学系统设计软件ZEMAX中，设置一定的约束函数，使系统自动优化，节约了大量的时间。本文的第二部分内容主要是对所设计的大视场红外折返光学系统进行消杂光设计。这一部分首先介绍了红外光学系统杂散光分的理论知识，重点论述了红外光学系统杂散光的来源以及杂光分析步骤，为下一步该系统的杂散光分析奠定了基础。根据红外光学系统杂散光的定义，指出大视场红外光学系统的杂光来源，并且建立了消杂光结构。在消杂结构中，为了减少内部辐射，遮光罩内部使用反射式挡光环。采用Tracepro软件对系统进行建模、仿真分析，从分析结果来看此红外光学系统的杂散光得到很好的抑制：太阳杂光抑制水平PST可以达到10（-4）～10（-10），内部辐射到达像面杂散光能量量级为10(-8)Ｗ，系统可以实现清晰成像。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 红外预警系统研究的意义  8-10
  1.2 红外预警系统的组成  10-11
  1.3 红外光学系统  11
  1.4 本论文所要做的工作  11-14
第二章 红外大视场折反周视预警光学系统设计  14-39
  2.1 折反两镜光学系统的理论基础  14-28
    2.1.1 旋转轴对称非球面方程  14-17
    2.1.2 二次曲线与法线有关的重要光学性质  17-18
    2.1.3 折反两镜系统的一般结构形式  18-19
    2.1.4 折反两镜系统单色像差公式  19-22
    2.1.5 常用的两镜系统  22-25
    2.1.6 曼金镜  25-28
  2.2 红外大视场折反周视光学系统设计  28-37
    2.2.1 光学系统设计的一般步骤  28-30
    2.2.2 红外大视场折反周视光学系统初始结构的计算  30-36
    2.2.3 光学系统作用距离  36-37
  2.3 本章总结  37-39
第三章 红外光学系统杂散光分析的理论基础  39-57
  3.1 红外光学系统杂散光分析的意义  39-40
  3.2 红外光学系统杂散光分析的理论基础  40-50
    3.2.1 辐射量的基本概念  40-42
    3.2.2 双向散射分布函数  42-47
    3.2.3 能量传输的基本方程  47-48
    3.2.4 点源透射比 PST  48
    3.2.5 杂散光常用的计算方法  48-50
  3.3 红外光学系统杂散光的来源以及杂光分析步骤  50-52
    3.3.1 红外光学系统杂散光的来源  50-51
    3.3.2 红外光学系统杂散光的分析步骤  51-52
  3.4 红外光学系统抑制杂散光的方法  52-56
    3.4.1 用光阑组合的方法抑制杂散光  53-54
    3.4.2 挡光环抑制杂散光结构  54-55
    3.4.3 采用消杂光漆消杂散光  55
    3.4.4 温栏和冷光阑的匹配  55-56
  3.5 本章小结  56-57
第四章 红外大视场折反周视预警光学系统杂散光分析  57-72
  4.1 红外大视场折返周视预警光学系统杂散光的抑制  57-63
    4.1.1 光学系统内遮光罩的设计  57-58
    4.1.2 光学系统外遮光罩的设计  58-59
    4.1.3 光学系统挡光环的设计  59-63
  4.2 应用杂散光分析软件对系统杂散光的分析步骤  63-64
  4.3 系统自身热辐射的分析  64-65
  4.4 太阳杂散光的分析  65-71
    4.4.1 确定系统散射表面  65-67
    4.4.2 设置系统的重点采样面  67-68
    4.4.3 系统消杂光能力的评价  68-71
  4.5 本章小结  71-72
第五章 总结与展望  72-74
参考文献  74-77
硕士期间文章发表目录  77-78
致谢  78

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 光学仪器
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