1 中国飞行试验研究院, 西安 710000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
3 西北工业大学, 西安 710000
压电微动杆作为光学设备主动调焦系统的关键设备, 会因压电迟滞非线性及复杂机电耦合效应严重影响其位移输出精度, 进而影响光学设备的性能。为实现压电微动杆的高精度控制, 建立了压电微动杆的多场耦合迟滞动力学模型。在此基础上, 对压电微动杆设计鲁棒H∞反馈控制和逆Bouc-Wen前馈控制构成鲁棒复合控制器, 在保证系统鲁棒性的同时补偿压电迟滞影响, 提高控制精度。最后设计压电微动杆实验系统进行跟踪实验验证, 结果表明所设计的鲁棒复合控制方法能够实现压电微动杆的高精度位移控制。
压电微动杆 光学主动调焦 鲁棒H∞控制 Bouc-Wen迟滞模型 piezoelectric micro-motion rod active optical focusing robust H∞ control Bouc-Wen hysteresis model
1 光电控制技术重点实验室，河南 洛阳 471009
2 中国航空工业洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471009
3 西北工业大学，陕西 西安 710129
光子集成干涉成像系统体积小、重量轻、功耗小，且系统分辨率不受单个透镜口径尺寸的限制，是一种新兴的成像技术。针对光子集成干涉成像系统图像复原问题，开展了图像复原技术和微透镜阵列最优排布研究，提出了基于压缩感知的光子集成干涉成像图像恢复技术，以及基于图像残差的最优微透镜阵列排布设计评估方法；通过计算仿真，可实现在有限空间体积限制下微透镜阵列最优设计，在干涉臂数量为75条，每条干涉臂上有38个微透镜时系统成像质量最佳。仿真结果表明：基于压缩感知算法的图像重构方法使系统RMSE（root mean squared error）降低了近90%，PSNR（peak signal to noise ratio）显著提高，图像复原的质量大幅度提升，并且在采用该算法的基础上对一定口径内微透镜排布方式对成像质量的影响进行了定量分析。
光子集成 图像复原 压缩感知 频谱采样 photon integration image restoration compression sensing spectrum sampling
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
3 中航技进出口有限责任公司, 北京 100000
对采用制冷型中波红外探测器的光学系统, 设计了一个多光谱中波红外汇聚系统, 针对分色滤光片引入外界杂散辐射的问题, 设计了一个热辐射抑制光阑, 对其形状及位置不断地迭代优化, 达到抑制系统外界杂散辐射的目的。经TracePro仿真验证表明, 运用此热辐射抑制光阑后, 总的杂散辐射降为之前总杂散辐射的8.8%, 对改善成像质量有明显的效果。
红外成像 光学系统 热辐射抑制光阑 杂散辐射 光学设计 infrared imaging optical system thermal radiation suppression stop stray radiation optical design
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
3 陆装驻洛阳地区航空军事代表室, 河南 洛阳 471000
对采用制冷型长波红外探测器的光学系统, 设计了一个二次成像三片锗透镜的会聚系统。提出了一种低噪声折射式红外光学系统的优化设计方法, 并对比传统杂散辐射抑制优化设计方法, 利用Tracepro进行仿真分析, 抑制结果表明, 新的低噪声优化设计方法对杂散辐射抑制较传统方法提升23.87%, 提升效果明显。
红外光学系统 光学设计 杂散辐射 冷反射 infrared optical system optical design stray radiation Narcissus
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
从杂散光抑制与体积压缩的需求出发, 设计出具备二次成像、实出瞳的紧凑型离轴三反光学系统。给出了一种二次成像离轴三反光学系统的初始结构搭建思路, 并运用自由曲面优化系统, 依据该方法设计出了焦距130 mm、F数1.3、线视场5°×0.1°的离轴三反光学系统。系统成像质量接近衍射极限, 具有二次成像和实出瞳的杂光抑制特性, 理论上可以实现100%冷光阑效率, 具有超小F数1.3的紧凑型特点, 可用于航空航天探测等对杂光抑制要求较高的**领域。
红外探测系统 离轴三反光学系统 二次成像 实出瞳 自由曲面 杂散光抑制 infrared detection system off-axis three-mirror optical system secondary imaging real exit pupil freeform surface stray light suppressing
中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471000
超大视场红外光学镜头在**上主要用于对来袭目标进行告警，相比于常规红外光学系统，其设计具有许多不同的特点。结合实际工程应用，在投影方式、光学构型、像面照度、视场、无热化、评价方式等方面对超大视场红外光学系统设计的特点进行分析。给出了一个具体的设计实例，所用探测器采用1 024×1 024@15 μm制冷型中波红外探测器，光学系统工作波段3.7～4.95 μm，焦距9.6 mm，视场116°，仅采用4片透镜实现无热化设计，不含衍射面，工作温度覆盖范围?55～+70 ℃，镜头结构紧凑，总长度小于70 mm。像质评价结果表明:全视场单个像元角分辨率均匀性95%以上，单个像元能量集中度在75%以上，光学系统边缘视场照度为中心视场照度的90%以上。
光学设计 超大视场 视场拼接 optical design large field of view field of splicing 红外与激光工程
2020, 49(6): 20190443
1 海军装备部装备项目管理中心, 北京 10071
2 空军装备部, 北京 100843
3 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
拼接光窗在气动保形、电磁隐身、大尺寸等方面均具有较好的性能，但由于子光窗间状态不一致，导致各区域入射波前分离并产生附加光程差，系统点扩散函数(PSF)随之退化，从而使得成像图像模糊，因此,分析拼接光窗对成像质量的影响对于高性能机载光电探测系统的开发十分必要。通过图像数值仿真，对拼接光窗影响光学成像的因素逐一进行分析并确定图像特征和形成原因。同时给出了一个设计实例，对合理确定子光窗加工精度和面形精度的方法进行说明。
光学成像系统 拼接光窗 调制传递函数 optical imaging system splicing light window modulation transfer function
1 海装驻武汉地区军事代表局, 武汉 430060
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
分析了影响光电侦察系统分辨能力的基本链路要素, 给出了一种通用性能预测模型的建立方法, 建立了红外光电侦察设备分辨能力计算模型, 并以最小可分辨温差(MRTD)作为最终评价指标。用一个具体实例进行了数值仿真计算, 说明了模型的适用性。
光电侦查系统 分辨能力 electro-optical reconnaissance system resolution MRTD MRTD
1 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
2 空军装备项目管理中心, 北京 100843
针对640×512阵列双波段制冷型探测器, 设计了一套双波段红外光学系统, 用于机载红外搜索跟踪系统。该光学系统采用锗、硒化锌和硫化锌组合, 实现了消色差和消热差设计, 通过引入非球面和构型优化, 很好地校正了系统的高阶像差, 简化了系统结构。光学系统仅由8个镜片构成, 工作波段为3.7~4.8 μm和8~9.4 μm波段, F数为2, 焦距360 mm, 视场2.54°×2.03°, 满足100%冷光阑效率。像质评价结果表明, 光学系统在-55～+70 ℃温度范围内, 双波段成像质量良好。非均匀温度场分析表明, 光学系统温度梯度容忍性较好。
光学设计 红外光学 双波段 无热化设计 optical design infrared optics dual-wavelength athermalization design
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
光学加工和检测技术的提高为自由曲面的应用开拓了新的领域, 紧扣空间光学对压缩系统体积和实现系统性能提升的需求, 提出一种可快速获得的紧凑型离轴三反光学系统初始结构, 通过3个镜面折叠交叉排布, 极大地压缩了系统体积; 另外, 节点像差理论为自由曲面应用提供了强大的理论基础, 在优化过程中, 两片镜子采用了泽尼克多项式面形。通过设计实例验证发现, 最终系统具有结构紧凑、大视场、小F数等优点, 同时该设计方法的优化过程具有收敛速度快等特点。
离轴三反光学系统 自由曲面 紧凑型 泽尼克多项式曲面 off-axis three-mirror optical system freeform surface compact Zernike polynomial surface
