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基于DMD的双色红外成像制导仿真系统研究

作　者: 常虹
导　师: 范志刚
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 红外景象投影数字微镜器件照明系统投影系统光学设计
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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引　用: 4次
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内容摘要

基于DMD(数字微镜器件)的动态红外景象投影技术在国外已经开发并应用于红外成像制导仿真系统,该技术的核心器件是美国德州仪器(TI)公司生产的数字微镜器件DMD。该技术采用二进制脉宽调制技术来控制生成的红外景象的灰度级,它能够产生高空间分辨率、高帧频、无死像元、均匀性极好的红外景象。本文所研究的是动态红外景象投影技术在双色红外成像制导仿真中的应用,宽波段且满足导引头特性要求的光学系统是本文工作的重点。本文首先介绍了DMD动态红外景象投影系统的构成及其基本原理,阐述了其核心器件DMD的结构和工作原理,并对单片DLP系统做了简要介绍;分析了DMD红外景象投影技术的优势,并讨论了其关键技术,如短暂假信号、微镜衍射限制动态范围、DMD光学窗口的光谱透射问题等;分析确定了一种用于红外双色仿真的DMD动态红外景象投影系统方案。DMD动态红外景象投影系统包括两个光学子系统:照明系统和投影系统。照明系统提供红外光,并均匀照明DMD器件;投影系统将生成的红外景象准直投射到被测系统入瞳上。照明系统以黑体为光源,为提高能量利用率并能充分发挥投影系统的作用,设计了一个聚光镜;设计中还使用了一片红外半反半透镜,用来衔接照明系统和投影系统的光路,文中给出所用半反半透镜的尺寸和材料。投影系统是设计的主要内容之一。文中结合被测导引头参数和DMD参数分析了投影系统的设计参数及指标,用光学设计软件ZEMAX设计了一个三种材料四片透镜的投影物镜,工作波段为3～5μm和8～12μm ,F数为3.2,半视场1.3°。并对设计完成的物镜进行了MTF分析、畸变分析等,对系统能量进行了核算,各项指标均满足要求,设计结果较好。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题背景  9-11
  1.2 景象生成技术的发展现状和前景  11-14
    1.2.1 景象生成技术的发展现状  11-13
    1.2.2 景象生成技术的前景  13-14
  1.3 本课题研究的目的和意义  14
  1.4 本课题主要研究内容  14-16
第2章 DMD 动态红外景象投影技术总体分析  16-30
  2.1 双色红外制导技术  16-19
    2.1.1 双色红外导引头工作原理  16-17
    2.1.2 双色红外成像抗干扰的原理  17-19
  2.2 DMD 红外投影技术  19-25
    2.2.1 数字微镜器件DMD  19-22
    2.2.2 数字光处理技术  22-23
    2.2.3 微镜阵列投影系统  23-25
    2.2.4 微镜阵列投影系统的关键技术  25
  2.3 DMD 红外投影技术的优势  25-27
  2.4 投影系统方案组成及功能原理  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章照明系统设计  30-41
  3.1 光源选择依据  30-34
  3.2 聚光照明系统设计  34-38
  3.3 半反半透镜设计  38-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章投影系统设计  41-53
  4.1 投影系统参数分析及确定  41-42
  4.2 初始结构选取  42-43
  4.3 设计结果及分析  43-52
    4.3.1 MTF 分析  45-47
    4.3.2 点列图分析  47-49
    4.3.3 畸变分析  49-51
    4.3.4 衍射对系统分辨率的影响  51-52
  4.4 本章小结  52-53
第5章仿真系统性能分析  53-58
  5.1 投影系统光学性能分析  53-54
  5.2 能量核算  54-55
  5.3 仿真系统性能分析  55-57
    5.3.1 温度范围  55-56
    5.3.2 温度分辨率  56
    5.3.3 帧频  56-57
    5.3.4 空间分辨率  57
  5.4 本章小结  57-58
结论  58-60
参考文献  60-63
攻读学位期间发表的学术论文  63-65
致谢  65

基于DMD的双色红外成像制导仿真系统研究

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