末敏弹激光测高仪光学天线设计与仿真

论文摘要

末敏弹作为一种新型的灵巧弹药,具有结构简单、制导系统简单、发射后不用管、效费比高等特点,受到越来越多国家的重视。它是使用榴弹或者火箭弹作为载体母弹,在远程1000m左右高空弹道上向后抛撒出末敏子弹的新型弹药。末敏子弹悬挂在起稳旋作用的涡流环降落伞下,子弹药的下部安装有向下观测的传感器,依靠下降时的螺旋状扫描搜索目标。一旦搜索到目标,即形成穿甲弹丸攻击目标。目前末敏弹母弹测高机构主要装配了空压管、毫米波雷达、定时器、激光测距系统等装置。激光测距与其他测距方法相比具有更好的方向性和更高的测距精度,且测程远,抗干扰能力强。把激光测距系统装配于末敏弹母弹,可以提高母弹开仓起爆高度的精确性,提高打击精度。根据课题相关要求,本论文完成了抗过载弹载小型激光测高仪光学系统的设计。该装置装配于弹径120mm,弹长200mm,使用火箭弹为载体的末敏弹母弹弹头上。论文主要研究内容包括:1.根据现有的弹载激光定距体制及课题实际要求,优选出适合末敏弹母弹开仓起爆定距的作用体制;根据激光测距性能方程及实际测距要求确定发射、接收器件,根据相关理论确定测距性能方程里的关键参数。2.对典型的光学天线进行结构参数与成像质量的分析,完成典型结构光学天线的优化选择;运用光学设计软件ZEMAX完成半导体激光器准直光学系统、聚焦探测光学系统及两种不同类型光学主天线的设计与仿真;根据末敏弹母弹弹头实际长度进行光学系统整体小型化的设计,小型化后的Ⅰ型光学系统轴向长度158mm,Ⅱ型光学系统轴向长度91mm。3.分析光学整流罩对系统光路的影响,在ZEMAX中对光学整流罩进行建模,根据模型设计出适合于光学整流罩的校正镜;利用课题总体小组提供的整流罩热变形数据,设计优化的校正镜,以实现在不同飞行姿态下,只通过替换校正镜而不用改变其他光学结构就能使系统工作正常。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 末敏弹出现的历史背景
• 1.2 末敏弹的作用原理
• 1.3 国外末敏弹的发展现状
• 1.4 国内末敏弹研究概况
• 1.5 本论文工作及安排
• 第二章 激光测距系统及系统参数确定
• 2.1 激光测距仪发展概况
• 2.2 弹载激光定距体制
• 2.2.1 几何截断定距体制
• 2.2.2 脉冲激光测距仪定距体制
• 2.2.3 距离选通定距体制
• 2.2.4 脉冲鉴相定距体制
• 2.2.5 几种作用体制的比较
• 2.3 激光测距性能方程
• 2.4 测距系统器件选择及参数确定
• 2.4.1 激光器的选择及参数确定
• 2.4.2 探测器的选择及参数确定
• 2.4.3 漫反射系数的确定
• 2.4.4 光学系统透过率的确定
• 2.4.5 大气透射率的确定
• 2.4.6 光学系统孔径的确定
• 2.5 本章小结
• 第三章 光学系统设计基本理论
• 3.1 光学系统设计的要求及流程
• 3.2 初级像差理论及像差校正、平衡方法
• 3.2.1 光学系统的初级像差
• 3.2.2 平衡像差的方法
• 3.3 光学自动设计原理及软件
• 3.3.1 光学自动设计概述
• 3.3.2 光学设计软件
• 3.4 光学系统像质评价方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 激光测高仪光学系统设计与仿真
• 4.1 准直光学系统设计
• 4.1.1 准直光学系统结构确定
• 4.1.2 准直光学系统仿真设计
• 4.2 聚焦探测光学系统设计
• 4.2.1 聚焦探测光学系统结构确定
• 4.2.2 聚焦探测光学系统仿真设计
• 4.3 发射/接收光学主天线设计
• 4.3.1 常用光学天线结构及性能分析
• 4.3.2 光学天线准直性能分析
• 4.3.3 光学天线增益分析
• 4.3.4 Ⅰ型光学天线设计
• 4.3.5 Ⅱ型光学天线设计
• 4.4 光学系统小型化设计
• 4.4.1 小型化光学系统工作原理
• 4.4.2 光学系统性能分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 光学整流罩及其热变形对系统光路的影响
• 5.1 光学整流罩的作用及选取
• 5.1.1 光学整流罩的作用及对其要求
• 5.1.2 光学整流罩材料的选取
• 5.2 光学整流罩对系统光路影响分析
• 5.2.1 y-un光线追击理论
• 5.2.2 对穿过光学整流罩光线的追击
• 5.3 用于半球形光学整流罩的校正镜设计
• 5.3.1 光学整流罩建模及其对后续光学系统的影响
• 5.3.2 校正镜设计
• 5.4 光学整流罩气动加热变形
• 5.4.1 超音速飞行下光学整流罩热变形仿真
• 5.4.2 用于形变后光学整流罩的校正镜
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果