專利名稱：具有大觀測(cè)視場(chǎng)的任意兩維指向系統(tǒng)前置遮光罩設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有大觀測(cè)視場(chǎng)的任意兩維指向系統(tǒng)前置遮光罩設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
隨著空間探測(cè)方法和探測(cè)器水平的大幅度提高，用于空間探測(cè)的光學(xué)系統(tǒng)，尤其 是紅外光學(xué)系統(tǒng)，探測(cè)的低對(duì)比度目標(biāo)信號(hào)越來(lái)越微弱，對(duì)視場(chǎng)外雜光抑制水平的要求也 愈加嚴(yán)格。傳統(tǒng)的遮光罩設(shè)計(jì)主要是以遮擋葉來(lái)對(duì)雜散光進(jìn)行吸收消除，由于這種設(shè)計(jì)的 遮擋葉數(shù)目較多，光線的散射方向都是不確定的，以致消光效果變得不是很理想，且由這種 方案設(shè)計(jì)出的遮光罩尺寸都較大，制造成本也很高?？梢?jiàn)，原有的遮光罩設(shè)計(jì)方案已不能滿 足空間光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展要求，迫切需要一套能有效抑制系統(tǒng)雜光、且加工制造簡(jiǎn)便的 遮光罩最佳尺寸的設(shè)計(jì)方法。在遮光罩的設(shè)計(jì)中關(guān)鍵是要確定出垂直于零視場(chǎng)主光線方向 既不遮擋有效視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)光束，又尺寸最小的遮光罩截面形狀。
傳統(tǒng)方法是通過(guò)光線追跡確定遮光罩的大致形狀，然后采用tracepix)等雜散光 分析軟件檢驗(yàn)。這樣的設(shè)計(jì)結(jié)果往往不能準(zhǔn)確的獲得最小的入射光束包絡(luò)面，所以設(shè)計(jì)都 有一定的冗余，不能獲得最佳的遮光罩尺寸。
國(guó)家發(fā)明專利ZL200710172698. 5(—種帶有指向鏡大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)遮光罩的設(shè)計(jì) 方法)中，提出了一種獲得遮光罩最佳尺寸的方法。該專利中的方法主要通過(guò)指向鏡法線方 向來(lái)確定系統(tǒng)零視場(chǎng)入射光線(入射光軸)的位置，獲得系統(tǒng)入射光束的包絡(luò)面，從而提取 出最佳遮光罩的尺寸參數(shù)。這一方法只適用于一維掃描系統(tǒng)，或是掃描過(guò)程系統(tǒng)零視場(chǎng)入 射光線(入射光軸)的入射面和入射角兩者中只有一個(gè)發(fā)生變化的兩維指向系統(tǒng)(在這樣的 系統(tǒng)中系統(tǒng)入射光軸與指向鏡法線方向存在簡(jiǎn)單幾何關(guān)系)，這就要求兩維指向系統(tǒng)的轉(zhuǎn) 軸只能是光學(xué)系統(tǒng)光軸和垂直于系統(tǒng)零視場(chǎng)入射光線入射面的軸線。
可見(jiàn)現(xiàn)有的前置遮光罩的設(shè)計(jì)方法，并不能適應(yīng)目前普遍采用的帶兩維指向鏡的 光學(xué)系統(tǒng)，所以迫切需求一種更有效且廣泛適用的前置遮光罩設(shè)計(jì)方法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有前置遮光罩設(shè)計(jì)方法在兩維指向系統(tǒng)中 的局限性，提出一種具有大觀測(cè)視場(chǎng)的任意兩維指向系統(tǒng)前置遮光罩設(shè)計(jì)方法，該方法為 兩維指向系統(tǒng)提供既能遮擋視場(chǎng)外雜散光，同時(shí)通光尺寸又最小的最優(yōu)化的前置遮光罩； 而且為設(shè)計(jì)出的遮光罩提供了曲線方程，便于加工制造；解決了空間光學(xué)系統(tǒng)雜散光抑制 的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案具有大觀測(cè)視場(chǎng)的任意兩維指 向系統(tǒng)前置遮光罩設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟
根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)和通光口徑在入射光束上選取兩個(gè)截面，并求解兩維指向鏡不 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)入射光束在這兩個(gè)截面上的截面曲線參數(shù)；
利用光學(xué)反射矢量和矢量旋轉(zhuǎn)的基本理論，求解兩維指向鏡旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，入射光束零視場(chǎng)光線(入射光軸)的矢量坐標(biāo)；
根據(jù)入射光軸關(guān)于兩維指向鏡繞其兩轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)關(guān)系，確定入射光軸端點(diǎn)形成的輪廓曲線；
然后利用入射光軸端點(diǎn)形成的輪廓曲線方程，求解兩維指向鏡旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，入射光束截面曲線的外包絡(luò)曲線方程；
根據(jù)在兩個(gè)不同入射光束截面上所得的外包絡(luò)曲線，利用光線的直線傳播原理， 構(gòu)建兩維指向鏡旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，入射光束的外包絡(luò)面，此面即為滿足尺寸最小的最佳前置遮光罩的內(nèi)壁；
根據(jù)總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的前置遮光罩位置和長(zhǎng)度參數(shù)L和M，從上面求得的最佳前置遮光罩內(nèi)壁上截取需要的部分。
進(jìn)一步的，利用光學(xué)反射矢量和矢量旋轉(zhuǎn)的基本理論，求解入射光軸的方向矢量方程，其步驟具體包括
求解反射鏡對(duì)入射矢量的反射作用矩陣
權(quán)利要求
1.具有大觀測(cè)視場(chǎng)的任意兩維指向系統(tǒng)前置遮光罩設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)和通光口徑在入射光束上選取兩個(gè)截面，并求解兩維指向鏡不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)入射光束在這兩個(gè)截面上的截面曲線參數(shù)；利用光學(xué)反射矢量和矢量旋轉(zhuǎn)的基本理論，求解兩維指向鏡旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，入射光束零視場(chǎng)光線(入射光軸)的矢量坐標(biāo)；根據(jù)入射光軸關(guān)于兩維指向鏡繞其兩轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)關(guān)系，確定入射光軸端點(diǎn)形成的輪廓曲線；然后利用入射光軸端點(diǎn)形成的輪廓曲線方程，求解兩維指向鏡旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，入射光束截面曲線的外包絡(luò)曲線方程；根據(jù)在兩個(gè)不同入射光束截面上所得的外包絡(luò)曲線，利用光線的直線傳播原理，構(gòu)建兩維指向鏡旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，入射光束的外包絡(luò)面，此面即為滿足尺寸最小的最佳前置遮光罩的內(nèi)壁；根據(jù)總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的前置遮光罩位置和長(zhǎng)度參數(shù)L和M，從上面求得的最佳前置遮光罩內(nèi)壁上截取需要的部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大觀測(cè)視場(chǎng)的任意兩維指向系統(tǒng)前置遮光罩設(shè)計(jì)方法， 其特征在于利用光學(xué)反射矢量和矢量旋轉(zhuǎn)的基本理論，求解入射光軸的方向矢量方程，其步驟具體包括求解反射鏡對(duì)入射矢量的反射作用矩陣
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大觀測(cè)視場(chǎng)的任意兩維指向系統(tǒng)前置遮光罩設(shè)計(jì)方法， 其特征在于在零視場(chǎng)入射光束上距離反射鏡I處取一截面，設(shè)截得的光束直徑為Φ，指向鏡繞兩轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角α和β取值分別為-α_< a ( a _和-β _彡β ( 則在指向鏡繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)α和β角的過(guò)程中，截面上的光束圓曲線Φ形成的外包絡(luò)線在4個(gè)象限內(nèi)是對(duì)稱的，且其在一個(gè)象限內(nèi)的部分(1/4)可分為如下三段，分別用對(duì)應(yīng)的公式求取弟一段包絡(luò)線ct = ctmax，OS β〈 3 _此時(shí)，入射光束光軸在該截面上的形成的曲線為AB，利用權(quán)利要求2的方法計(jì)算其矢量表達(dá)式為1.聲，則入射光束的圓曲線Φ上到曲線AB距離最大的點(diǎn)i可以表示為—* Φ ~ —>R 二上式中，5 =丄rV__是兩維指向鏡繞其兩轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度α和βν αβ r0 =vQxP',~p'的函數(shù)，利用權(quán)利要求2的方法計(jì)算；弟一段包絡(luò)線a = Q max β = β max(II P')-P’ =0圓曲線與入射光軸垂直<R-1P'=Φ>2圓曲線直徑為Φ第三段包絡(luò)線β ==β ,O^o max，w 、-'<α max—· (I) —_· —*ι< = -·η, + ·Ρ'上式中= ^·η__是兩維指向鏡繞其兩轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度α和β的函數(shù)；通過(guò)計(jì)算第一段包絡(luò)線和第二段包絡(luò)線的交點(diǎn)Ε，第三段包絡(luò)線和第二段包絡(luò)線的交點(diǎn)F，可以最終確定出第二段包絡(luò)線的EF曲線段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大觀測(cè)視場(chǎng)的任意兩維指向系統(tǒng)前置遮光罩設(shè)計(jì)方法， 其特征在于通過(guò)理論計(jì)算設(shè)計(jì)出了最佳遮光罩的內(nèi)壁的界面曲線方程，然后可以通過(guò)三維建模軟件很方便的構(gòu)建出此內(nèi)壁結(jié)構(gòu)，在利用三維建模方法截取系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)所需要的那部分遮光罩，即可獲得滿足實(shí)際系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求且遮擋雜散光效果最好的前置遮光罩。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有大觀測(cè)視場(chǎng)的任意兩維指向系統(tǒng)前置遮光罩設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)視場(chǎng)和通光口徑確定兩維指向鏡不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)入射光束的截面曲線；求解兩維指向鏡旋轉(zhuǎn)過(guò)程中入射光束零視場(chǎng)光線的矢量坐標(biāo)；根據(jù)入射光軸關(guān)于兩維指向鏡繞其兩轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)關(guān)系，確定入射光軸端點(diǎn)形成的輪廓曲線；然后利用入射光軸端點(diǎn)形成的輪廓曲線方程，求解兩維指向鏡旋轉(zhuǎn)過(guò)程中入射光束截面曲線的外包絡(luò)曲線方程；根據(jù)在兩個(gè)不同入射光束截面上所得的外包絡(luò)曲線，利用光線的直線傳播原理，構(gòu)建兩維指向鏡旋轉(zhuǎn)過(guò)程中入射光束的外包絡(luò)面。此方法主要通過(guò)矢量理論推導(dǎo)建立曲線方程，普遍適用于各種一維掃描系統(tǒng)和兩維指向系統(tǒng)的前置遮光罩設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G02B23/16GK102998796SQ20121054967
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者劉輝, 閆世強(qiáng), 許松, 胡磊, 王成良, 裴云天, 李興隆 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍空軍預(yù)警學(xué)院