1 中国空空导弹研究院, 河南洛阳 471099
2 航空制导武器航空科技重点实验室, 河南洛阳 471099
随着光学塑料成型技术的不断发展, 光学塑料透镜在各类光学系统中得到了广泛的应用。光学塑料具有便于大批量生产, 设计灵活性高, 重量轻和耐冲击等特点。本文进一步研究了光学塑料的特性, 并结合激光制导**光学系统的特点, 分析光学塑料应用的可行性。在以上分析的基础上针对特定的光学系统参数, 完成基于非球面光学塑料的光学系统设计, 并对系统的光斑成像质量进行了分析, 满足系统的使用要求。最后, 针对光学塑料对温度变化比较敏感的问题, 利用 LightTools软件完成对激光制导**探测系统的建模, 分析不同温度环境下系统输出的和差比幅值偏差和角度的偏差, 进一步验证光学塑料为系统带来的影响, 确定其在光学系统中的适用性。
光学塑料 非球面透镜 激光制导** 光学系统 optical plastic, aspheric lens, laser guided weapo
1 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471099
2 航空制导武器航空科技重点实验室, 河南 洛阳 471099
3 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
红外整流罩位于导弹的最前端,是红外导弹的主要部件之一。根据其工作环境的要求,红外整流罩应具有良好的光、机、热等性能。目前,中波红外导弹的红外整流罩主要采用氟化镁、蓝宝石、尖晶石、ALON和纳米复相陶瓷等材料制造。本文提出了一种高强稀土氧化物稳定的ZrO2纳米红外透明陶瓷整流罩,通过对陶瓷材料的特性进行研究,证明了该种材料可以用于中波红外导弹。同时,采用该种材料完成了红外整流罩样件的研制,并对样件进行了导弹服役环境下的适应性试验和模拟动态抛罩试验,验证了该材料的性能。
材料 纳米红外陶瓷 红外导弹 红外整流罩 稀土氧化物
1 中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471099
2 航空制导武器航空科技重点实验室，河南 洛阳 471099
激光四象限探测系统是激光制导**的重要组成部分，在设计阶段对其性能的准确评估有利于设计方案的迭代和优化。采用LitghtTools软件对四象限探测系统进行了仿真建模。通过建立目标模型、光学系统模型和四象限探测器模型，可以有效地对系统进行仿真，并结合四象限探测系统原理，得到角度偏差的和差比幅值；建立的模型可以对系统的杂散光进行仿真，评估杂散光对系统的影响；另外，还可以模拟激光散斑效应，分析散斑特性对探测系统输出和差比幅值的影响，通过LitghtTools软件建模和仿真为设计优化提供了准确的依据。最后，通过实验对仿真模型进行验证，在±15°范围内仿真得到的和差比幅值和实验结果基本一致。
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
2 Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Airborne Guided Weapons, Luoyang Optoelectro Technology Development Center, Luoyang 471009, China
3 Key Laboratory of In-fiber Integrated Optics, Ministry of Education, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China
Traditional optical domes are spherical, which have a large air resistance coefficient. In order to reduce the coefficient of air resistance, conformal optical technology was proposed, which used a streamlined design of the outer surface of the dome. However, conformal domes generate dynamic aberrations varying significantly with look angles in the field of regard (FOR). Thus, correcting the dynamic aberrations is the core task of conformal optics. This Letter presented a correcting method of dynamic aberrations based on the diffraction surface and anamorphic asphere surface. This method is derived from the arch corrector and can only be used on the Roll-Nod gimbal. For the seeker with a Roll-Nod gimbal, the arch corrector is replaced with a diffractive surface superimposed on the inner surface of the conformal dome. To correct astigmatism, which is the main aberration that needs to be corrected, anamorphic asphere surfaces are used in the imaging system. Compared with the arch corrector, this method can reduce the size of the correction element while retaining sufficient design freedom. Design results show that this method can well correct the dynamic aberrations in a larger FOR. With a simpler form in structure, this method can improve the reliability of conformal optical systems and promote the application of conformal optical technology.
conformal dome aberration diffraction anamorphic asphere Chinese Optics Letters
2020, 18(7): 072201
1 北京理工大学 光电学院, 北京 100081
2 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471000
3 航空制导武器航空科技重点实验室, 河南 洛阳 471000
传统整流罩为半球形或半球形的一部分, 产生的空气阻力较大, 不利于**飞行速度的提高。基于空气动力学性能的考虑, 采用共形整流罩的光学技术被提出。文章描述了二次曲面共形整流罩外表面、内表面的设计方法及面型表达式, 通过在CODEV中建立共形整流罩的扫描成像模型, 应用Zernike多项式分解法研究了不同长径比、边缘斜率、口径比和回转中心位置对离焦像差(Z4)、像散(Z5)、彗差(Z8)和球差(Z9)的影响规律。研究结果表明: 二次曲面共形整流罩引入的离焦像差、像散、彗差和球差均随着长径比、边缘斜率和口径比的增加而增大, 但对成像系统回转中心的位置不敏感。因此, 在满足**的空气动力学性能条件下应尽量减小长径比、边缘斜率和口径比, 回转中心的位置主要根据结构需要进行设计。
光学设计 共形光学 共形整流罩 二次曲面 Zernike像差 optical design conformal optics conformal domes quadric Zernike aberration
1 中国空空导弹研究院, 河南洛阳 471009
2 航空制导武器航空科技重点实验室, 河南洛阳 471009
铝合金反射镜应用于红外光学系统中, 其表面变形会对光学系统成像质量造成较大影响。通过光学系统传递函数测试仪器进行大量的实际传递函数测试可以得出变形铝合金反射镜对整机传递函数主要的影响情况。通过分析影响, 并在光学系统设计软件中进行仿真, 得出铝合金反射镜的主要变形特点, 即铝合金反射镜整体和局部的曲率误差。建立了整体和局部曲率误差的表面面型模型, 定量化分析了变形对成像质量的影响。针对典型的变形特点, 改进了安装方式, 使反射镜受力均匀, 其变形情况得到缓解, 从而保证光学系统的成像质量达到要求。
铝合金反射镜 红外光学系统 光学系统传递函数 aluminum mirror infrared system OTF
1 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471009
2 航空制导武器航空科技重点实验室, 河南 洛阳 471009
3 中国人民解放军 96275部队, 河南 洛阳 471009
共形导引头光学系统因在非零观察视场中失去旋转轴对称性而存在随视场不断变化的动态像差。为验证共形光学系统的光学成像性能, 设计了采用固定校正板进行像差校正的万向支架式共形导引头光学系统。系统在±55°观察视场内设计的传递函数值大于 0.5, 像元内能量集中度大于 80%。为简化位标器结构并完成光学系统的成像性能测试, 提出了采用头罩旋转的方式替代位标器结构的旋转。光学系统调制传递函数测量结果表明系统在小观察视场中的调制传递函数大于 0.45, 在全观察视场内大于 0.25, 满足目标探测要求。
共形光学 整流罩 固定校正板 光学设计 MTF测试 conformal optics dome fixed corrector optical design MTF testing
1 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471099
2 航空制导武器航空科技重点实验室, 河南 洛阳 471099
3 哈尔滨工业大学, 黑龙江 哈尔滨 150006
波前编码技术可以扩大光学系统的焦深, 提高光学系统的无热化性能; 也可以简化系统, 减少光学零件数量。而空空导弹由于其体积较小, 工作温度变化较大, 其光学系统也面临着无热化设计和结构紧凑化设计等问题, 因此研究波前编码技术在红外空空导弹上应用的可行性具有实际的意义。结合波前编码理论设计了一个适合于红外空空导弹, 有效焦距 f′为 100 mm, F数为 2, 视场为±1.5°, 工作波段为 3～5 μm的制冷型红外光学系统, 通过 Code V分析了光学系统在－45～60℃温度范围内的性能变化。
波前编码 红外空空导弹 光学系统 wavefront coding infrared air-to-air missile optical system
为实现探测器组件固联于弹体且导引头结构小型化，采用了由特殊棱镜与反射镜组成的光学滑环式光机结构设计。光学系统的前镜组、反射镜嵌入内框架，实现 ±90.扫描运动；内框架、特殊棱镜组件嵌入外框架，实现 360.扫描运动，进而使光学系统具有前半球的跟踪视场。设计结果表明光学系统在-70℃～＋90℃温度范围内调制传递函数接近衍射极限，成像清晰，满足光、机、热一体化设计要求。实验结果显示，研制的光学系统其焦距 60 mm，视场大小为 3.，在 20 lp/mm处，轴上视场的调制传递函数（MTF）高于 0.7。系统实现了探测器组件固联于弹体及光机系统小型化的目的。
探测器固联弹体 光学系统设计 棱镜 无热化 fixed detector optical system design prism athermalization
1 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471009
2 航空制导武器航空科技重点实验室, 河南 洛阳 471009
通过对激光半主动比例导引头工作原理和导引头光学系统的特点进行分析, 并结合总体设计要求, 提出设计一套波段为1.064 μm, 焦距38 mm, 瞬时视场±3°, 线性区±1°的激光半主动比例导引头光学系统。用Zernike多项式模拟一个带有较大垂轴球差的波前, 叠加在入射波面上, 然后对系统进行优化, 通过调整加入垂轴球差的大小来控制成像光斑的大小及光斑的均匀性, 确定光斑直径为1.5 mm。
激光半主动比例导引头 光学系统设计 laser semi-active proportional seeker optical system design
