車載紅外雙視場雙波段光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：O439學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：621.3密級：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文工學(xué)碩士學(xué)位論文車載紅外雙視場雙波段光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計研究碩士研究生：王敬洋導(dǎo)師：龍夫年研究員申請學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：光學(xué)工程所在單位：空間光學(xué)工程研究中心答辯日期：2014年6月哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要為提高對目標(biāo)場景的探測能力，紅外光學(xué)系統(tǒng)正朝著多譜段多視場方向發(fā)展。目前大多數(shù)系統(tǒng)均是通過變焦完成視場間切換，以滿足小視場目標(biāo)識別、大視

2、場環(huán)境監(jiān)視的任務(wù)需求。僅有小視場很難提供目標(biāo)周圍場景信息，而僅在寬視場下無法對目標(biāo)細(xì)節(jié)進(jìn)行識別。傳統(tǒng)系統(tǒng)只能通過往復(fù)變焦以保證雙任務(wù)同時進(jìn)行，該工作方式有兩點(diǎn)不足：1）變焦過程中易造成目標(biāo)及場景信息丟失；2）多次變焦后導(dǎo)致系統(tǒng)精度及壽命下降。對此，本文著重研究并設(shè)計了一種雙視場同時成像紅外光學(xué)系統(tǒng)。課題首先對類似系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，之后結(jié)合雙波段探測器獨(dú)立讀出各波段成像信息的能力，提出了無焦放大系統(tǒng)與成像系統(tǒng)相結(jié)合的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計方案，

3、進(jìn)而以坦克目標(biāo)為探測對象確定了系統(tǒng)的作用距離及探測等級。論文分析了基于約翰遜準(zhǔn)則的傳統(tǒng)視距模型和新型NVThermIP模型對紅外成像系統(tǒng)性能的評估原理。在運(yùn)用約翰遜準(zhǔn)則確定光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)后，建立了針對系統(tǒng)性能評價的NVThermIP模型，得到了系統(tǒng)在不同作用距離處的探測概率，之后又比較了兩種模型的相對評估誤差。結(jié)果表明：在NVThermIP模型下，系統(tǒng)雙視場對4km外坦克目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)和識別概率均大于50%。同時作用距離越大、任務(wù)等級越高

4、，約翰遜準(zhǔn)則相對于NVThermIP模型的評估誤差越大。系統(tǒng)采用無焦放大系統(tǒng)和成像系統(tǒng)分開設(shè)計，再對系統(tǒng)整體優(yōu)化。無焦系統(tǒng)選用離軸三反結(jié)構(gòu)型式，依據(jù)設(shè)計指標(biāo)，從經(jīng)典兩鏡系統(tǒng)出發(fā)，再依據(jù)三反系統(tǒng)初級像差理論確定了系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)，優(yōu)化得到了離軸反射式無焦系統(tǒng)。成像系統(tǒng)選用二次成像結(jié)構(gòu)型式，以專利中一款紅外光學(xué)系統(tǒng)為優(yōu)化起點(diǎn)，通過限定系統(tǒng)焦距，減小校正鏡組放大倍率，添加非球面校正高級色差，進(jìn)而優(yōu)化得到成像系統(tǒng)。而后以無焦系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)為變量，對合