專利名稱：一種小視場(chǎng)紅外目標(biāo)仿真光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)儀器技術(shù)，具體指一種基于紅外電阻陣列小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外目標(biāo)仿
真器，它適用于檢測(cè)小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外空間探測(cè)成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)識(shí)別與跟蹤能力的小視 場(chǎng)長(zhǎng)波紅外目標(biāo)仿真。
背景技術(shù)：
小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外空間成像探測(cè)系統(tǒng)用于空間目標(biāo)動(dòng)態(tài)識(shí)別與跟蹤定位是一個(gè)全 新的，也是現(xiàn)在世界各國(guó)積極研究的領(lǐng)域，在空間進(jìn)行目標(biāo)動(dòng)態(tài)識(shí)別與跟蹤對(duì)空間目標(biāo)搜 索與定位的意義重大。 為保證小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外空間成像探測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)的完備性和空間運(yùn)行的可靠性，有 必要對(duì)該系統(tǒng)單機(jī)進(jìn)行多種試驗(yàn)驗(yàn)證，其中包括單機(jī)的功能驗(yàn)證，在空間環(huán)境下交班的動(dòng) 態(tài)模擬，目標(biāo)識(shí)別，近程逼近等試驗(yàn)。為使該單機(jī)能夠在逼近真實(shí)空間環(huán)境下對(duì)目標(biāo)的搜索 判斷，提高仿真試驗(yàn)的可信度和整星空間運(yùn)行的成功率，研制半物理仿真用的小視場(chǎng)長(zhǎng)波 紅外光學(xué)目標(biāo)模擬器是必要的。 小視場(chǎng)紅外光學(xué)目標(biāo)模擬器是小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外目標(biāo)空間成像探測(cè)系統(tǒng)開(kāi)展半物 理仿真實(shí)驗(yàn)的地面配套設(shè)備之一，用于在實(shí)驗(yàn)室條件下動(dòng)態(tài)模擬符合該系統(tǒng)輸入要求的空 間目標(biāo)及背景的光度學(xué)、輻射及運(yùn)動(dòng)特性，模擬結(jié)果作為被測(cè)量目標(biāo)由小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外成 像探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行搜索、捕獲、跟蹤和測(cè)量。 與小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外空間目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)相匹配的目標(biāo)仿真小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外仿真光 學(xué)系統(tǒng)，既需要滿足系統(tǒng)視場(chǎng)的匹配要求，又需要滿足系統(tǒng)分辨率以及系統(tǒng)光瞳匹配的要 求。 要進(jìn)行空間低溫目標(biāo)仿真，則需要設(shè)計(jì)以滿足視場(chǎng)、光瞳匹配以及分辨率要求的 小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外目標(biāo)仿真光學(xué)系統(tǒng)。小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外相機(jī)由光學(xué)鏡頭、圖像傳感器、信號(hào)處 理等模塊組成。根據(jù)其在空間所能夠探測(cè)目標(biāo)的距離，目標(biāo)尺寸，決定其光學(xué)視場(chǎng)，一般不 大于為r xr ，有很多空間探測(cè)系統(tǒng)其視場(chǎng)為毫弧度量級(jí)。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述仿真需求，本專利的目的是提供一小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外目標(biāo)仿真器，實(shí)現(xiàn)小 視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外景象目標(biāo)的動(dòng)態(tài)仿真圖像的準(zhǔn)直，供小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別 與跟蹤。在地面上實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)識(shí)別與跟蹤的半物理仿真。 本專利的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的如圖1所示，它主要包含以下兩個(gè)部分組成一紅外 圖像顯示用電阻陣列模塊100、長(zhǎng)工作距離小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外折疊光學(xué)系統(tǒng)200，其中，長(zhǎng)工 作距離小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外折疊光學(xué)系統(tǒng)200包括長(zhǎng)波紅外光學(xué)鏡片一 210、由可調(diào)節(jié)式反射 鏡221和222組成的折疊光路220、長(zhǎng)波紅外光學(xué)鏡片二 230、長(zhǎng)波紅外光學(xué)鏡片三240。其 中，由長(zhǎng)工作距離小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外折疊光學(xué)系統(tǒng)200實(shí)現(xiàn)仿真景象目標(biāo)的準(zhǔn)直投影。
長(zhǎng)工作距離小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外折疊準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由初級(jí)像差理論確定光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，再優(yōu)化高級(jí)像差，最終得到一小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)。 從物方至像方共由3片透鏡和兩片可調(diào)節(jié)式反射鏡片組成，按順序由長(zhǎng)波紅外光學(xué)鏡片一 210、反射鏡222、反射鏡221、長(zhǎng)波紅外光學(xué)鏡片二 230、長(zhǎng)波紅外光學(xué)鏡片三240組成。該 準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用逆向光路追跡，以實(shí)現(xiàn)300系統(tǒng)出瞳與被檢測(cè)系統(tǒng)入瞳的匹配；結(jié)合200 鏡片組的準(zhǔn)直投影功能，使整個(gè)準(zhǔn)直系統(tǒng)即滿足系統(tǒng)光通與被檢測(cè)小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外成像系 統(tǒng)的瞳-瞳匹配。整個(gè)系統(tǒng)視場(chǎng)、光瞳都完全匹配時(shí)，構(gòu)成一組完全匹配共軛的成像關(guān)系， 則可以實(shí)現(xiàn)小視場(chǎng)景象目標(biāo)的動(dòng)態(tài)仿真圖像，由小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別與 跟蹤。在地面上實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)識(shí)別與跟蹤的半物理仿真。 系統(tǒng)出瞳300在系統(tǒng)外的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，能夠與被檢測(cè)長(zhǎng)波紅外光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)的 入瞳完全匹配，可以實(shí)現(xiàn)不受系統(tǒng)外雜散光的干擾，紅外電阻陣芯片顯示動(dòng)態(tài)景象經(jīng)由長(zhǎng) 工作距離小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外折疊準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直投影。最終為長(zhǎng)波紅外光學(xué)探測(cè)系統(tǒng) 所探測(cè)，以驗(yàn)證該系統(tǒng)目標(biāo)識(shí)別與跟蹤的功能。本專利的優(yōu)點(diǎn)是 1.該系統(tǒng)通過(guò)采用可調(diào)節(jié)式反射式折疊光路系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)長(zhǎng)工作距小視場(chǎng)長(zhǎng)波 紅外消色差系統(tǒng)200，能夠與小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外成像探測(cè)系統(tǒng)相匹配。以滿足檢測(cè)小視場(chǎng)長(zhǎng)波 紅外探測(cè)系統(tǒng)對(duì)空間動(dòng)態(tài)景象目標(biāo)識(shí)別與跟蹤的功能； 2.采用紅外電阻陣景象生成系統(tǒng)作為景象仿真目標(biāo)源，具有刷新頻率高、可編程 控制等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)則具有較長(zhǎng)工作距離。 3.該系統(tǒng)的出瞳在整個(gè)系統(tǒng)外，可以滿足系統(tǒng)的出瞳和小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外光學(xué)探測(cè) 系統(tǒng)光學(xué)入瞳相匹配，可以實(shí)現(xiàn)不受系統(tǒng)外雜散光的干擾，并且入瞳直徑滿足檢測(cè)小視場(chǎng) 長(zhǎng)波紅外光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)靈敏度的功能。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施進(jìn)一步對(duì)本專利作詳細(xì)闡述，系統(tǒng)構(gòu)成的具體實(shí)現(xiàn)見(jiàn)圖1。圖 1中一小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外目標(biāo)仿真光學(xué)系統(tǒng)，其視場(chǎng)為0. 4° X0. 4°平行光小視場(chǎng)出射，實(shí) 現(xiàn)小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外景象目標(biāo)的動(dòng)態(tài)仿真圖像的準(zhǔn)直。由初級(jí)像差理論確定光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 參數(shù)，再優(yōu)化高級(jí)像差，最終得到小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外消色差系統(tǒng)200的光學(xué)結(jié)構(gòu)。全部選用對(duì) 長(zhǎng)波紅外透過(guò)的光學(xué)材料，其中長(zhǎng)波紅外光學(xué)鏡片一 210材料為Ge單晶、長(zhǎng)波紅外光學(xué)鏡 片二 230材料為硫?qū)俨ＡMTIR1、長(zhǎng)波紅外光學(xué)鏡片三240材料為GE單晶。
整個(gè)系統(tǒng)由紅外電阻陣景象生成模塊100提供動(dòng)態(tài)仿真景象、經(jīng)由工作距折疊式 小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外消色差系統(tǒng)200構(gòu)成的準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，生成仿真景象目標(biāo)的準(zhǔn)直投影，最 終用于小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外探測(cè)系統(tǒng)的功能檢驗(yàn)。以半物理仿真的形式驗(yàn)證其在地面上對(duì)目標(biāo) 識(shí)別與跟蹤的能力。以保證其將來(lái)在空間實(shí)際應(yīng)用的需求。 根據(jù)圖1中的小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外目標(biāo)模擬光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外目標(biāo)
模擬光學(xué)系統(tǒng)，像質(zhì)衍射極限。系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)如下 入瞳直徑150mm 焦距1456.6mm 視場(chǎng)0.4° X0.4° 工作波長(zhǎng)7. 5iim-9. 7iim 光學(xué)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。 表1
元件名稱面序號(hào)曲率半徑間隔或材料孔徑
(mm)厚度(mm)(mm)
紅外電阻陣面18514.81826
Ge負(fù)透鏡R211-36822Ge30
210R212-74810036
反射鏡lin--150K9110
Mlin-0.-
反射鏡2in-0K9110
M2in-187-
負(fù)透鏡R231-78017AMTIR1106
230R232-1780165116
正透鏡R241-121022Ge154
240R242-700600164
系統(tǒng)出瞳 51 150 300 (孔徑光闌) _
權(quán)利要求
一種小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外目標(biāo)仿真光學(xué)系統(tǒng)，由電阻陣列模塊(100)和長(zhǎng)工作距離小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外折疊光學(xué)系統(tǒng)(200)組成，其特征在于由電阻陣列模塊(100)仿真的紅外目標(biāo)依次經(jīng)長(zhǎng)波紅外光學(xué)鏡片一(210)、可調(diào)節(jié)式反射鏡(221)和(222)組成的折疊光路(220)、長(zhǎng)波紅外光學(xué)鏡片二(230)和長(zhǎng)波紅外光學(xué)鏡片三(240)后生成一目標(biāo)位置處于無(wú)限遠(yuǎn)的長(zhǎng)波紅外仿真目標(biāo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外目標(biāo)仿真光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的長(zhǎng) 波紅外光學(xué)系統(tǒng)(200)中的長(zhǎng)波紅外光學(xué)鏡片一 (210)的材料為Ge單晶，長(zhǎng)波紅外光學(xué)鏡 片二 (230)的材料為硫?qū)俨ＡMTIR1，長(zhǎng)波紅外光學(xué)鏡片三(240)的材料為GE單晶。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外目標(biāo)仿真光學(xué)系統(tǒng)，其特征包括紅外電阻陣列景象生成紅模塊和長(zhǎng)波紅外目標(biāo)準(zhǔn)直防真系統(tǒng)，具體由一紅外圖像顯示用電阻陣列模塊、長(zhǎng)工作距離小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外折疊光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)出瞳組成，其中，可調(diào)節(jié)式折疊光路使得小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的體積減小，由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)仿真景象目標(biāo)的準(zhǔn)直投影。又滿足系統(tǒng)出瞳與被檢系統(tǒng)入瞳相匹配，可避免系統(tǒng)外雜光干擾，且入瞳直徑滿足被檢系統(tǒng)探測(cè)靈敏度的功能檢測(cè)；通過(guò)小視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外光學(xué)系統(tǒng)與被檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成一視場(chǎng)、光瞳都完全匹配的共軛成像關(guān)系，在地面上實(shí)現(xiàn)被檢系統(tǒng)對(duì)空間目標(biāo)識(shí)別與跟蹤半物理仿真的功能驗(yàn)證。
文檔編號(hào)G02B1/00GK101702054SQ20091019896
公開(kāi)日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者呂銀環(huán), 崔文楠, 張濤, 童廣輝, 馬文超, 馬斌, 黃遷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所