红外成像制导目标仿真器的设计

论文摘要

数字微镜器件（Digital Micromirror Device简称DMD）作为红外景象生成器,以其帧频高、空间频率高、灰度等级高、均匀性好等优势,在红外成像制导半实物仿真系统的研究中受到普遍关注。本文根据客户需要,提出了一种基于DMD器件的红外成像制导目标仿真器设计方案,主要内容如下:首先,介绍了DMD器件的结构组成,介绍和分析了DMD器件的光路控制原理、灰度控制原理以及微镜翻转时序;分析了基于DMD器件的红外成像制导目标仿真器的组成原理;分析仿真器的技术指标,提出本红外成像制导目标仿真器的方案组成,并论述其工作原理、指出设计难点。其次,根据设计方案分析了光学系统组成,完成了照明系统和投影物镜的设计。照明系统分为两部分:光源照明镜组采用一片式科勒照明,在简化系统结构的同时满足了照度均匀的要求;转向照明镜组采用了对称的远心光路,满足像质的同时,实现了1:1小畸变成像。投影物镜的设计采用了两种材料和四片透镜,MTF接近衍射限,畸变量小,满足像质要求。为了模拟-40℃目标,转向照明镜组和投影物镜均需工作在制冷环境中,因此对上述两镜组进行了无热化设计。最后,计算了高温黑体的温度,分析总结了系统的光学性能和模拟性能,提出了转向照明镜组的装调方法。结果显示,系统性能良好,满足指标要求,在实现高灰度等级的同时,提高了模拟较高温度目标的能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 红外景象生成器的种类介绍及分析
• 1.2.1 红外景象生成器的种类介绍
• 1.2.2 红外景象生成器的性能分析
• 1.3 本课题研究的目的和意义
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第二章 基于DMD 器件红外成像制导目标仿真技术
• 2.1 DMD 器件的结构和工作原理
• 2.2 基于DMD 器件的红外成像制导目标仿真系统
• 2.3 红外成像制导目标仿真器的方案组成及原理
• 2.3.1 红外成像制导目标仿真器性能指标分析
• 2.3.2 红外成像制导目标仿真器的方案组成及原理
• 2.3.3 红外成像制导目标仿真器方案的设计难点
• 2.4 本章小结
• 第三章 仿真器照明系统的设计
• 3.1 转向照明镜组的设计
• 3.2 聚光照明镜组设计
• 3.3 灰度轮的设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 仿真器投影物镜的设计
• 4.1 投影物镜光学性能分析
• 4.2 投影物镜的光学设计结果及分析
• 4.3 投影物镜成像质量评价
• 4.3.1 投影物镜MTF 分析
• 4.3.2 投影物镜点列图分析
• 4.3.3 投影物镜畸变分析
• 4.4 光学系统公差分配
• 4.5 本章小结
• 第五章 红外成像制导目标仿真器性能分析
• 5.1 红外成像制导目标仿真器组成分析
• 5.2 照明系统高温光源温度确定
• 5.3 红外成像制导目标仿真器光学性能分析
• 5.4 红外成像制导目标仿真器模拟性能分析
• 5.4.1 仿真器模拟像元数
• 5.4.2 仿真器模拟灰度级
• 5.4.3 仿真器模拟温度范围
• 5.4.4 仿真器模拟温度分辨率
• 5.5 关于转向照明镜组装调方法的分析
• 5.6 制冷和冷光阑放置的分析
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢