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红外双波段视景仿真器光学系统的研究

作　者: 张建忠
导　师: 孙强
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 光学工程
关键词: 红外仿真 数字微镜器件 空间光调制 光学设计 频谱分析
分类号: TN216
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


红外制导技术对于国防的重要意义不言而喻，随着新一代双波段红外制导系统的发展，迫切需要由与之配套的动态指标测试系统。红外视景仿真系统能够模拟动态的红外场景，方便快捷地测试制导系统发现、识别、跟踪目标的能力，能够很好的促进制导系统的发展。为此本文针对双波段的视景仿真器的光学系统展开研究工作，调研了视景仿真系统的发展现状；研究了数字微镜器件在红外波段的调制特性；对比分析了针对DMD的两种照明方法的特点；设计了DMD型红外中/长波双波段视景仿真器，并且详细分析了影响其对比度的因素，最终系统设计满足了高精度仿真实验的要求；推导了DMD的调制传递函数曲线；分析了影响红外视景仿真实验频谱传递的几个因素，并设计了实验测试仿真过程的调制传递函数曲线。主要研究工作如下：1）为了能够完美的将DMD的工作波段从可见光延伸到红外波段，本文研究了DMD对红外光调制特性，从衍射原理出发，计算了不同波段下光束经微镜调制后的光强分布，通过MATLAB程序进行了模拟仿真，根据DMD在红外波段的调制特性设计了两种相应的照明系统，进行了对比分析，最终均匀性达到了97.3%，并抑制了杂光，满足了仿真要求。2）针对红外中/长波双波段制导系统性能测试与评估的需求，设计了一套基于数字微镜器件的红外双波段视景仿真光学系统。讨论了大出瞳距、大后工作距情况下红外双波段投影系统的像差特性及设计方法，采用反摄远结构和谐衍射面结合的方案，解决了由双波段、大出瞳距离和大后工作距带来的系统彗差、像散、畸变以及色差难以平衡的问题。满足红外中/长波双波段高质量模拟足了仿真的需求。3）从数字微镜的基本结构出发，对其调制的光强分布进行傅里叶展开，最终得到了DMD的传递函数与其填充因子、对比度以及空间的关系曲线，完成了理论的推导以及计算机的模拟。4）从图像源的传递函数出发，分别考虑了仿真系统，待测系统以及待测系统探测器的调制传递函数，采样的影响，分析了不同象元映射关系对频谱传递的影响，研究了获得半实物仿真实验传递函数的方法，并在实验中得到了结果，为半实物仿真实验的过程提供必要的参考。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章 绪论  11-21
  1.1 课题研究背景及意义  11-13
  1.2 红外视景仿真系统的发展现状  13-18
  1.3 论文主要内容  18-21
第2章 DMD 空间光调制器  21-39
  2.1 数字微镜器件  21-25
  2.2 红外波段下 DMD 的工作特征  25-31
  2.3 DMD 照明系统设计  31-38
  2.4 小结  38-39
第3章 DMD 型双波段红外视景仿真系统  39-65
  3.1 DMD 视景仿真系统的工作原理  39-44
  3.2 投影物镜的光学系统设计  44-54
    3.2.1 光学参数确定  44-45
    3.2.2 设计思想  45-48
    3.2.3 投影光学系统的设计  48-54
  3.3 杂散光分析  54-62
  3.4 红外双波段仿真系统的理论分析  62-64
  3.5 小结  64-65
第4章 数字微镜器件的频谱分析  65-75
  4.1 空间光调制器的频谱分析  65-66
  4.2 DMD 的频谱分析  66-70
  4.3 DMD 传递函数曲线  70-73
  4.4 小结  73-75
第5章 红外视景仿真器的频谱分析  75-101
  5.1 光学成像系统的频谱分析  75-84
    5.1.1 光学系统频谱分析  75-78
    5.1.2 衍射受限的相干成像系统的频谱分析  78-80
    5.1.3 衍射受限非相干成像系统的频率响应  80-82
    5.1.4 像差对频谱传递的影响  82-84
  5.2 采样成像系统的传递函数  84-86
  5.3 红外视景仿真实验的频谱分析  86-91
    5.3.1 光学系统的组合分析  86-87
    5.3.2 视景仿真实验各部分传递函数分析  87-90
    5.3.3 半实物仿真实验传递函数分析  90-91
  5.4 实验验证  91-100
    5.4.1 实验方案简介  91-93
    5.4.2 实验理论模型建立  93-96
    5.4.3 实验结果及分析  96-100
  5.5 小结  100-101
第6章 总结与展望  101-105
  6.1 论文的研究成果和创新性  101-102
  6.2 研究展望  102-105
参考文献  105-111
在学期间学术成果情况  111-113
指导教师及作者简介  113-115
致谢  115

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 红外技术及仪器 > 红外系统装置
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