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无热化电视导引头变焦光学系统设计研究

作　者: 孙小玲
导　师: 龙夫年
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 电视导引头光学系统设计变焦像差校正无热化公差分配
分类号: TJ765.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着科学技术的迅猛发展，高科技制导导弹开始出现在现代战场上，由于其具有命中精度特别高、制导距离远、威力特别大等优点，逐渐成为现代战争中一支重要的力量。因为电视制导系统具有反应速度快，抗干扰能力强，可靠性高，体积小，重量轻，成本比较低等突出的优点，因而在国内外各种对地、对空导弹的制导模式中得到了广泛的应用。首先本文研究了电视导引头的最大和最小作用距离，跟踪精度、对环境的适应能力、信号的处理能力及其关键技术的解决方法。具体分析了导引头中光学系统中每一部分如光学玻璃罩、双平面镜、光学镜头和CCD探测器的功能与作用，通过分析每一部分在实际中的应用，选择具体的结构形式。然后根据机械补偿法变焦理论，确定变焦光学系统的结构形式及计算过程。分析了温度对光学系统的影响因素，以及实现系统无热化的方法和满足的条件，并完成系统的指标论证，保证设计的可行性。利用Code V软件，根据高斯计算得出的正组补偿的变焦结构的初始结构参数，并参考光学手册上的专利镜头光学系统结构，通过反复进行像差优化及评价，最终设计出了焦距为25~75mm，MTF＞0.6，畸变＜3.2%，系统的总长度为145mm，像质较好、变焦结构简单，外形尺寸相对小的光学系统，然后采用光学被动式，在Code V中编辑宏命令完成光学系统的无热化设计，保证了光学系统在-45℃~55℃温度范围内系统的MTF＞0.48，系统成像质量较好。最后具体分析了不同类型公差，包括每个公差的具体表现形式及默认值，通过对四种公差分析方法的对比，选择波前微分-TOR模式，利用反灵敏度模式完成对变焦光学系统的公差分配。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-13
  1.1 课题背景及其研究意义  8-9
  1.2 国内外发展现状  9-11
    1.2.1 国外电视导引头发展现状  9-10
    1.2.2 国内电视导引头发展现状  10
    1.2.3 无热化设计国内外发展现状  10-11
  1.3 本课题主要研究内容  11-13
第2章电视导引头的性能及其光学系统的组成  13-23
  2.1 电视导引头的性能要求  13-15
  2.2 电视导引头的光学系统的组成及工作原理  15-19
    2.2.1 光学系统的分类  15
    2.2.2 光学系统的组成  15-19
  2.3 光学系统的基本特性  19-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章变焦理论  23-32
  3.1 变焦遵循的基本原则  24-25
  3.2 机械补偿系统的高斯计算  25-29
    3.2.1 变焦方程的建立  25-27
    3.2.2 正组补偿变焦光学系统的高斯解分析  27-29
  3.3 其它变焦形式的变焦分析及变焦结构形式的选择  29-31
    3.3.1 双组联动型  29-30
    3.3.2 全动型  30
    3.3.3 变焦结构形式的选择  30-31
  3.4 本章小结  31-32
第4章光学系统设计  32-48
  4.1 探测器型号的选择及光学系统的参数验证  32-38
    4.1.1 探测器型号的选择  32-33
    4.1.2 光学系统设计可行性方案的论证  33-35
    4.1.3 变焦光学系统的初始结构的求解  35-38
  4.2 光学系统设计优化及像质评价  38-47
    4.2.1 初始结构的选择  38-39
    4.2.2 光学系统的优化设计  39
    4.2.3 像质评价  39-47
  4.3 本章小结  47-48
第5章温度变化对成像质量的影响及无热化设计  48-61
  5.1 造成光学系统成像质量变化的影响因素  48-50
    5.1.1 玻璃材料和空气的折射率变化  48-49
    5.1.2 光学表面的曲率和元件厚度的变化  49
    5.1.3 光学元件之间的空气间隔  49-50
    5.1.4 机械结构材料的热效应  50
  5.2 系统无热化设计的原理研究  50-53
    5.2.1 无热化设计的方法  50-52
    5.2.2 系统光学被动式消热差设计方案  52-53
  5.3 变焦光学系统的无热化设计  53-60
  5.4 本章小结  60-61
第6章公差分析  61-70
  6.1 公差分析的方法  61-63
    6.1.1 主光线畸变公差分配-TOD  61
    6.1.2 有限差分-TOLFDIF宏  61-62
    6.1.3 模特卡罗模拟-TOLMONTE宏  62
    6.1.4 波前微分-TOR  62-63
  6.2 公差的分类  63-66
    6.2.1 单表面公差  63-65
    6.2.2 镜组偏心公差  65-66
  6.3 公差分配在电视导引头变焦光学系统中的应用  66-69
  6.4 本章小结  69-70
结论  70-71
参考文献  71-74
攻读学位期间发表的学术论文  74-76
致谢  76

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