基于方程的共形光学系统设计研究.pdf

基于 !“##$%1.!? 引言随着现代信息化战争的需求， 以红外成像制导为代表的现代精确制导武器得到了飞速的发展4传统的光学系统设计一般把导引头提供的红外成像系统的图像质量以及多种制导方式的融合为设计重点4但是随着光学制造、 检测技术的日益发展， 不仅要求制导武器能提供精确的图像信息， 而且还要求制导武器具有优良的飞行性能， 以满足远距离、 快速突破敌方地、 空防御网， 实施精确打击目标4共形整流罩的流线型结构能够显著地减小飞行阻力， 提高飞行速度， 大大增强导弹的作战性能4于是近年来共形光学得到了重视与发展4以 @622+［!］对共形光学的定义， 共形光学是指用具有流线形几何外观的椭球、 抛物面、 双曲面或者多项式形式的一些特殊表面取代传统的平板、 球形整流罩， 减少飞行中导弹的空气阻力， 提升导弹的飞行性能4因为球形整流罩产生的空气阻力占整个机身产生空气阻力的 9%A［“］， 所以整流罩几何外观对减少导弹机身的空气阻力显得尤为重要4与传统球形整流罩相比， 共形整流罩能够显著减小空气阻力， 提高导弹作战性能4共形光学系统优先确保导弹的空气动力学性能， 其次考虑光学系统设计4所以与球形整流罩引入的像差相比， 共形整流罩引入的像差通常高达几十甚至一百个波长量级［$］4共形光学系统不像球形结构具有点对称性质， 所引入的像差随目标视场变化而变化4这种像差变化特性大大增加了共形光学系统的设计难度4针对这些像差变化特点， 已有多篇文献提出了解决方法： 第一种方法是利用具有 5,/67,形式的两个位相板［8—(］的旋转或相对平移运动， 补偿共形整流罩引入的随目标视场变化像差4但是这一方法使位相板只能具有单一的 5,/67, 形式的表面类型， 校正与之对应的特定像差， 而且还需要借助B6+2,C 棱镜实现光线的偏转4 因此这种动态校正系统对光机电控制要求很高， 事实上难以真正实现4)D*2,［E］提出的柱透镜校正像散的方法同样存在上述缺点4 第二种方法是非对称形式的固定校正方法［， 瞬间视场为 : #85;!设计结果表明， 系统的调制传递函数在整个目标视场范围内达到了衍射极限!18 共形光学系统的像差分析本文采用 2’(*34’ 多项式分析了共形光学系统的像差变化特性! 因为在单位圆域内， 2’(*34’ 多项式展开式各项互相正交， 且每一项都代表特定种类、特定级次的像差!光学系统波前的 2’(*34’ 多项式表达式为!（“，#） #[]1！“#?? （“1[]）“> # 1@（“1）“A # 1（“1> “）“> #[]1，（1）其中 #，“ 为整数，“ > # 为偶数且##! B(3*C’2’(*34’ 多项式展开式中 %9， %D， %E 分别对应 F9;初级像散、 初级彗差和初级球差项!利用 2GHIJ 光学设计软件，对整流罩为椭圆旋转面、 !6 7 为 “8# 的理想薄透镜组成的共形光学系统分析了像差变化特点， 并给出了 2’(*34’ 像差系数随目标视场变化特性!图 “ 表示共形光学系统示意图， 图 1 为 B(3*C’ 2’(*34’ 像差系数随目标视场变化曲线， 表 “ 给出了上述共形光学系统主要参数!图 “旋转到目标视场 59;时共形光学系统结构示意图图 12’(*34’ 像差系数 %9， %D， %E 随目标视场变化表 “由理想薄透镜构成的共形光学系统参数光学系统参数设计值像空间 !6 7“8#出瞳直径6))5#工作波长6!)5—9目标视场6 （;）: 99瞬间视场6 （;）: #8“整流罩直径6))“##径长比 !“89整流罩材料2*K整流罩厚度6))58#从图 1 中可以明显地看出， 随着目标视场的变化， 初级彗差项 %D 和初级像散项 %9 是影响系统成像质量的两个主要像差， 其中像散的影响还要大于彗差项!与大的彗差、 像散比较， 本例中球差项的影响要小很多， 这主要与具体选定的光学系统光束口LML9“# 期李东熙等：基于 $%$/$/; ?@AA“ 4 B，CD0AE F G -((+!“#$5 %! U，TEJ W :，30“7; 9 G，TE“7; W W，9 G，307; U -((I($)* !+,-5 %./5 %% *-!!（07 FE07%31(48 )* .%#($%(-，203$6%0$) $IJ.BH FL P7.B7 J78E.HH.)8 D$E8 .H H7;I8D J$ ;8%$DL&;E.B %8Q5.%8E8))L .%.$5H R.F8%%;J.$H J;%08 ;H J8C8 )8B%$HH J78 *.8)D $* %80;%DO S7%$507 I$)L) *.JJ.HH8%E;B8H ;)H.D $* J%;D.J.$&;) E8%.J *5) $IJ.B;) HLHJ8E .H .EI)8E8EI)8 .H D8E$J8DO S78 %8H5)JHH7$P J7;J ’SU $* J78 $IJ.B;) HLHJ8E ;II%$;B78H J$ J78 D.**%;BJ.$B%$HH J78 *.8)D $* C.8PO“#$%) $IJ.BH，(;HH8%E;J.$)H，*.8)D $* %80;%D*+,,：“3!V+4 +1E;.)：).DT!,M,W!3GOB$E!MMV!@ 期李东熙等：基于 (;HH8%E;&&1($)* 方程的共形光学系统设计研究。