基于像方远心的红外目标模拟器光学设计

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1、硕士学位论文基于像方远心的红外目标模拟器光学设计OPTICALDESIGNOFINFRAREDTARGETSIMULATORBASEDONTELECENTRICSTRUCTURE王庆晨哈尔滨工业大学2018年6月中图分类号：TH745学校代码：10213UDC：535密级：公开工学硕士学位论文基于像方远心的红外目标模拟器光学设计硕士研究生：王庆晨导师：张树青申请学位：工学硕士学科：光学工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH745SchoolCode:10213U.D.C:535SecurityClassificati

2、on:PublicDissertationfortheMasterDegreeinEngineeringOPTICALDESIGNOFINFRAREDTARGETSIMULATORBASEDONTELECENTRICSTRUCTURECandidate：WangQingchenSupervisor：ZhangShuqingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：OpticalEngineeringAffiliation：SchoolofAeronauticsDateofDefence：June,2018Degree-C

3、onferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要红外目标模拟器在红外目标探测识别和半实物仿真等领域具有重要的作用，与景像生成器、红外热像仪、五轴转台等装置共同组成了半实物仿真系统，可以完成对红外目标的模拟和对探测装置性能的评估。使用电阻阵列作为景像生成器的红外目标模拟器在目前的应用最为广泛，但是一些红外目标模拟器光学系统采取的普通设计结构在使用中存在电阻阵列的冷反射问题，严重影响系统像质。为了解决这一问题，本文提出了一种基于像方远心光路的红外目标模拟器设计方法，主要包含以下内容：首先分析了基于电阻阵列的红

4、外目标模拟器和冷反射问题的国内外现状，提出了一种利用像方远心结构解决电阻阵列冷反射问题的新思路。然后依据用户要求提出了系统设计指标，利用Zemax软件完成了像方远心与非像方远心两套目标模拟器光学系统的设计，并对光学系统进行了像质评价和公差分析。系统入瞳直径50mm，视场角±4°，波段3～5μm，焦距180mm。两光学系统的畸变、传递函数值都达到了设计要求；公差范围满足加工要求。完成系统设计后，对关键器件电阻阵列进行分析、选型与建模。分析了红外热像仪结构，提出了基于冷光阑效率最大化的整体系统设计方法，并在此基础上分析了电阻阵列冷反射问题产生的原因和利用像方远心结构解决该问题的具体过程。随后

5、利用Tracepro软件完成了两种系统的整体冷反射建模与仿真。对比两系统仿真和计算结果，证明像方远心光学系统能够解决电阻阵列冷反射的实际问题，具有应用价值。最后对整体系统进行了镜筒结构建模和杂散辐射分析。给出了用于评价杂光影响的杂光系数和像面温差的计算方法。系统整体辐射透过率分析说明了透镜镀膜处理的必要性，杂光分析给出了系统各结构的杂光贡献比例，经计算，杂光系数与像面引入温差都满足实际要求。鬼像分析表明光学系统不存在鬼像。所设计系统的杂散辐射满足指标要求。关键词：像方远心；电阻阵列；红外目标模拟器；光学系统设计；冷反射I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInfraredtar

6、getsimulatorplaysanimportantroleininfraredtargetdetectionrecognition,hardwareintheloopsimulationandotherfields.Thehardwareintheloopsimulationsystemiscomposedofscenegenerator,infraredthermograph,fiveaxisturntableandsoon,whichcansimulatetheinfraredtargetandevaluatethedetectiondeviceperformance.Thei

7、nfraredtargetsimulatorusingtheresistorarrayasthescenegeneratorismostwidelyusedinthepresenttime.However,someinfraredtargetsimulatoropticalsystemshavethecoldreflectionoftheresistancearrayintheuseofthenormaldesignstructur