1 吉林大学机械与航空航天工程学院, 吉林 长春 130025
2 北京航天计量测试技术研究所, 北京 100076
3 哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
光子集成干涉成像系统具有体积小、质量轻、能耗低、分辨率高的成像特性,有望取代传统大口径望远镜实现远距离探测。研究了光学干涉探测成像原理,建立了空间目标干涉图像复原模型。研究了微透镜阵列排布对成像质量的影响,提出了微透镜阵列设计方法。研究了光学相干基线匹配对空间目标频谱覆盖的影响,提出了能够高效覆盖高、中、低频谱的相干基线匹配方法。最后,比较了不同的微透镜阵列排布和干涉基线匹配方式下目标图像仿真复原效果。结果表明,所提微透镜阵列排布方式和干涉基线匹配方法能够提升空间目标频谱覆盖,提高目标图像复原质量。
成像系统 光电探测 干涉成像 光子集成 微透镜 图像复原
1 北京遥感设备研究所，北京 100854
2 哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心，黑龙江 哈尔滨 150001
波前编码技术通过在光学系统光瞳位置加入特殊的相位掩模板，对目标信号光波进行编码调制，并在图像处理端对该编码信号进行解码而恢复原图像，由于被编码调制后的波前对离焦等像差的不敏感度扩大了十数倍，能显著扩大光学系统焦深。因此，波前编码技术能在编码与解码之间解决恶劣力热条件或多色制导体制对弹载红外探测系统带来的离焦和对准误差。文中基于波前编码扩大焦深基本原理，对一长长双色红外光学系统进行了10倍焦深扩大的波前编码像差钝化设计。集成样机后，进行了波前编码成像实验。以小孔点靶编码像作为PSF解码10倍离焦位置处的十字靶和四条靶图像，十字靶和四条靶解码图像清晰可辨，证明波前编码技术对于系统像差或离焦像差的抑制是有效的。最后，对波前编码成像效果进行了分析：解码图像的水波纹是由于空间采样PSF不足导致的，可提取不同视场位置PSF，使用空间变化解码算法实现条纹消除；由于解码图像会在放大信号的同时放大噪声，因此，解码算法需要进一步研究噪声抑制算法，以期满足弹载高能量、高信噪比应用的要求。
波前编码 焦深 红外探测 像差钝化 wavefront coding focus depth infrared detection aberration inactivation 红外与激光工程
2020, 49(4): 0404001
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
哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
椭球形整流罩产生较大的空气阻力，限制了精确制导**的作战性能。以减小空气阻力为主要目标，针对二次曲面共形光学整流罩进行研究，设计综合性能较为完善的整流罩面型。应用计算流体力学方法，计算了共形整流罩的空气阻力系数，建立了共形整流罩空气阻力评价函数。基于光线追迹理论，以不同目标视场下的平均波前误差作为像质评价指标，构建了共形整流罩像质评价函数。以雷达散射理论为基础，计算了整流罩的雷达散射截面积，给出了共形整流罩雷达散射特性评价函数。结合空气阻力、光学成像质量和雷达散射特性，建立了二次曲面共形整流罩综合性能评价函数，确立了长径比为1.5的抛物线型整流罩具有较好的综合性能。相比椭球形整流罩，该抛物线形整流罩减少了约1/3的空气阻力。
几何光学 共形光学 整流罩 二次曲面 光学学报
2014, 34(12): 1222006
哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
杂散光分析已经成为光学系统设计中必须考虑的关键因素之一。基于蒙特卡洛法, 利用TracePro软件进行建模仿真, 对多目标复合半实物仿真系统的杂散光进行了分析。仿真结果表明仿真系统的杂散光主要来自两方面: 一是扩束光束经主反射镜边缘反射的未复合光束;另一个是由于仿真系统关键元件自发辐射产生的杂散光。根据杂散光系数和元件制冷温度的关系得出: 当制冷温度为200 K时, 仿真系统的杂散光系数小于2%。分析结果对导弹的多目标复合半实物仿真系统的设计具有重要的指导意义。
光学系统设计 杂散光分析 半实物仿真 多目标复合 自身辐射 optical system design stray light analysis hardware-in-loop multi-target compounding self-thermal radiation
哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
共形光学系统中，椭球形等厚度整流罩使入射的平行光线经过整流罩后不再平行，变为发散的光线，进而使系统像差急剧增加，不利于后续像差的校正。通过对等厚度共形整流罩的内表面进行重新设计，打破了共形整流罩的等厚度条件，从而在使用较少校正光学透镜的基础上实现了系统像差的校正。通过分析不同级次非球面分别作为整流罩内表面面形时的像差校正效果，确定了将6次非球面作为共形整流罩内表面面形初始结构。通过对内表面进行优化设计，最终得到整流罩内表面面形。结果表明，该方法有效地减小了共形整流罩引入的像差。最后使用固定校正器对内表面变化后的整流罩进行了像差校正，设计结果表明，内表面的改变有效地减少了光学元件数量，消像差效果良好。
光学设计 共形光学 整流罩 等厚度 内表面 光学学报
2012, 32(11): 1122001
1 哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心，黑龙江 哈尔滨150001
2 哈尔滨工程大学 理学院，黑龙江 哈尔滨150001
分析了基于波前编码技术的无热化光学系统中相位掩模板的自身热效应，得到了不同温度下光瞳处相位板相位函数的变化.分析了由相位板热效应引起的波前编码系统成像特性的变化.通过数值及图像仿真证明了相位板热效应对波前编码无热化光学系统性能产生的影响.结果表明，相位板热效应对系统MTF(调制传递函数)的离焦不变特性和编码图像的可复原性产生严重的影响.
波前编码 无热化 热效应 相位掩模板 wavefront coding athermalization thermal effect phase mask
1 哈尔滨工程大学理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学航天学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
波前编码光学系统其成像过程由光学成像和图像复原两部分组成,光学成像过程探测器上所成的编码图像含有噪声,该噪声在图像复原过程将被放大,为了分析探测器噪声对波前编码系统在图像复原过程中产生的影响,通过添加高斯随机噪声来模拟探测器噪声,使用直接逆滤波、维纳滤波和Lucy-Richardson滤波算法,对波前编码成像系统焦点位置和离焦位置的中间模糊图像进行图像复原,并对复原图像评价分析。实验结果表明探测器噪声对波前编码系统的图像复原有较大的影响,验证了波前编码系统对离焦不敏感,并给出含噪声情况下复原滤波器性能的变化。
文字间用 号隔开空半格波前编码 相位板 图像复原 滤波器 wavefront coding phase mask image restoration filter
哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心，黑龙江哈尔滨 150001
针对胶粘固定的透镜会由于透镜、镜框和粘结层的材料热膨胀系数不匹配而在透镜内部产生径向应力，影响系统光学性能的问题，对无热粘结厚度进行研究以最小化甚至消除这种径向应力。首先，对现有的几种基于胡克定律推导的无热粘结厚度方程进行了分析对比，对粘结层提出了一种新的约束，并由此推导了一个无热粘结厚度的简化近似方程，通过修正粘结层轴向约束得到改进的近似方程。然后，采用有限元方法，对几个粘结层高宽比不同的胶粘透镜装配体进行了热应力分析，得出它们的无热粘结厚度仿真解。最后，将仿真解与解析方程计算的数值结果进行对比，指出解析方程的适用范围。对比分析表明：改进的近似方程适用于粘结层高宽比小于1/10的情况；高宽比在1/10~1/3之间时使用高宽比近似方程较好；简化近似方程适用于高宽比大于1/3的情况。结果显示，无热粘结厚度的解析方程在各自的使用范围内具有足够的准确性，能够满足各种工程应用的需要。
无热装配 热应力 无热粘结厚度 有限元分析 athermal mount thermal stress athermal bond thickness finite element analysis 光学 精密工程
2011, 19(11): 2573
