靜止軌道大視場紅外光學系統(tǒng)研究
發(fā)布時間：2024-05-28 05:23
靜止軌道對地觀測系統(tǒng)以其高時間分辨率、大區(qū)域覆蓋能力及對熱點目標長時間定點持續(xù)觀測特性得到各航天大國的廣泛關注,研制靜止軌道高性能紅外凝視成像系統(tǒng)是一個復雜而艱巨的任務,隨著大視場光機結(jié)構(gòu)和大面陣焦平面技術(shù)的發(fā)展,這方面的研究正處于起步階段并受到持續(xù)關注。本文對靜止軌道探測系統(tǒng)及目標、背景特性進行了詳細調(diào)研分析,結(jié)合凝視型紅外成像系統(tǒng)設計要求,進行了大視場大口徑小F數(shù)紅外光學系統(tǒng)設計、外遮光罩消雜光設計、透射式紅外光機系統(tǒng)雜光抑制措施分析等關鍵技術(shù)的研究。為了實現(xiàn)靜止軌道紅外光學系統(tǒng)對地球全圓盤凝視觀測及復雜背景下導彈點目標探測的要求,提出了基于光闌二次成像的透射式光學系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)計算方法,通過邊緣光線抑制和材料匹配的設計方法,實現(xiàn)了光學視場18°×18°,入瞳口徑300mm,F數(shù)1.26的100%冷闌匹配的大視場大口徑小F數(shù)光學系統(tǒng)設計和優(yōu)化。該系統(tǒng)在215k低溫環(huán)境下系統(tǒng)光學傳函(MTF)大于0.6,且在206K221K溫度容限下MTF不低于0.5,滿足下一代空間紅外凝視成像系統(tǒng)應用需求。針對靜止軌道紅外光學系統(tǒng)在軌工作期間太陽雜光及自身熱輻射引起信雜比下降、...
【文章頁數(shù)】：126 頁
【學位級別】：博士
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1. 引言
1.1 研究背景及意義
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.2.1 靜止軌道載荷光學系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及性能分析
1.2.2 靜止軌道冷光學系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及性能分析
1.2.3 空間載荷雜光規(guī)避技術(shù)研究現(xiàn)狀
1.2.4 新型遮光罩的發(fā)展
1.2.5 雜散光分析的研究動態(tài)
1.2.6 大視場大口徑光學設計發(fā)展動態(tài)
1.3 課題研究內(nèi)容及論文創(chuàng)新點
2. 靜軌光學系統(tǒng)設計任務分析
2.1 系統(tǒng)光學設計輸入?yún)?shù)分析
2.1.1 靜止軌道凝視成像分析
2.1.2 點目標特性分析
2.1.3 背景輻射特性分析
2.1.4 探測能力分析
2.1.5 光學結(jié)構(gòu)形式分析
2.2 系統(tǒng)雜散光分析
2.2.1 外部雜光分析
2.2.2 內(nèi)部熱輻射分析
2.3 系統(tǒng)溫度特性分析
2.4 本章小結(jié)
3. 光學系統(tǒng)設計
3.1 系統(tǒng)設計指標
3.2 光學系統(tǒng)設計
3.2.1 一次成像光學系統(tǒng)設計
3.2.1.1 結(jié)構(gòu)設計
3.2.1.2 像質(zhì)評價
3.2.1.3 公差分析
3.2.2 二次成像光學系統(tǒng)設計
3.2.2.1 結(jié)構(gòu)設計
3.2.2.2 成像質(zhì)量評估
3.2.2.3 冷闌匹配分析
3.2.2.4 公差分析
3.2.2.5 溫度特性分析
3.2.2.6 低溫光學的進一步討論
3.3 透射式紅外光學方案的選擇
3.3.1 系統(tǒng)成像質(zhì)量的比較
3.3.2 其他比較因素
3.4 本章小結(jié)
4. 紅外光學系統(tǒng)雜光分析
4.1 雜光分析理論基礎
4.1.1 點源透過率函數(shù)（PST）
4.1.2 雙向反射分布系數(shù)（BRDF）
4.1.3 基本能量傳輸方程
4.2 外雜光分析及遮光罩設計
4.2.1 遮光罩設計指標分析
4.2.2 一階遮光罩研究
4.2.2.1 太陽遮蔽角分析
4.2.2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析
4.2.2.3 刀口式擋光環(huán)設計
4.2.3 二階結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計
4.2.4 遮光罩設計小結(jié)
4.3 光機系統(tǒng)雜光分析
4.3.1 光機結(jié)構(gòu)模型
4.3.2 雜光分析
4.3.2.1 短波紅外波段PST計算分析
4.3.2.2 中波紅外波段PST計算
4.3.2.3 不同波段導彈目標觀測雜光分析結(jié)論
4.3.2.4 儀器背景熱輻射分析
4.4 本章小結(jié)
5. 實驗裝置的光學系統(tǒng)設計與分析
5.1 設計要求
5.2 鏡頭設計及分析
5.2.1 鏡頭A結(jié)構(gòu)設計及分析
5.2.2 鏡頭B結(jié)構(gòu)設計及分析
5.3 單鏡頭模式冷闌效率分析
5.3.1 理論分析
5.3.2 軟件仿真分析
5.4 雙鏡頭模式冷闌匹配分析
5.4.1 鏡頭A信雜比分析
5.4.2 鏡頭B信雜比分析
5.5 冷闌匹配效率驗證試驗
5.5.1 鏡頭成像驗證試驗
5.5.2 雙黑體成像實驗
5.5.2.1 實驗方案設計
5.5.2.2 實驗結(jié)果處理
5.6 本章小結(jié)
6. 總結(jié)與展望
6.1 總結(jié)
6.2 展望
參考文獻
作者簡介及在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果
本文編號：3983547
【文章頁數(shù)】：126 頁
【學位級別】：博士
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1. 引言
1.1 研究背景及意義
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.2.1 靜止軌道載荷光學系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及性能分析
1.2.2 靜止軌道冷光學系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及性能分析
1.2.3 空間載荷雜光規(guī)避技術(shù)研究現(xiàn)狀
1.2.4 新型遮光罩的發(fā)展
1.2.5 雜散光分析的研究動態(tài)
1.2.6 大視場大口徑光學設計發(fā)展動態(tài)
1.3 課題研究內(nèi)容及論文創(chuàng)新點
2. 靜軌光學系統(tǒng)設計任務分析
2.1 系統(tǒng)光學設計輸入?yún)?shù)分析
2.1.1 靜止軌道凝視成像分析
2.1.2 點目標特性分析
2.1.3 背景輻射特性分析
2.1.4 探測能力分析
2.1.5 光學結(jié)構(gòu)形式分析
2.2 系統(tǒng)雜散光分析
2.2.1 外部雜光分析
2.2.2 內(nèi)部熱輻射分析
2.3 系統(tǒng)溫度特性分析
2.4 本章小結(jié)
3. 光學系統(tǒng)設計
3.1 系統(tǒng)設計指標
3.2 光學系統(tǒng)設計
3.2.1 一次成像光學系統(tǒng)設計
3.2.1.1 結(jié)構(gòu)設計
3.2.1.2 像質(zhì)評價
3.2.1.3 公差分析
3.2.2 二次成像光學系統(tǒng)設計
3.2.2.1 結(jié)構(gòu)設計
3.2.2.2 成像質(zhì)量評估
3.2.2.3 冷闌匹配分析
3.2.2.4 公差分析
3.2.2.5 溫度特性分析
3.2.2.6 低溫光學的進一步討論
3.3 透射式紅外光學方案的選擇
3.3.1 系統(tǒng)成像質(zhì)量的比較
3.3.2 其他比較因素
3.4 本章小結(jié)
4. 紅外光學系統(tǒng)雜光分析
4.1 雜光分析理論基礎
4.1.1 點源透過率函數(shù)（PST）
4.1.2 雙向反射分布系數(shù)（BRDF）
4.1.3 基本能量傳輸方程
4.2 外雜光分析及遮光罩設計
4.2.1 遮光罩設計指標分析
4.2.2 一階遮光罩研究
4.2.2.1 太陽遮蔽角分析
4.2.2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析
4.2.2.3 刀口式擋光環(huán)設計
4.2.3 二階結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計
4.2.4 遮光罩設計小結(jié)
4.3 光機系統(tǒng)雜光分析
4.3.1 光機結(jié)構(gòu)模型
4.3.2 雜光分析
4.3.2.1 短波紅外波段PST計算分析
4.3.2.2 中波紅外波段PST計算
4.3.2.3 不同波段導彈目標觀測雜光分析結(jié)論
4.3.2.4 儀器背景熱輻射分析
4.4 本章小結(jié)
5. 實驗裝置的光學系統(tǒng)設計與分析
5.1 設計要求
5.2 鏡頭設計及分析
5.2.1 鏡頭A結(jié)構(gòu)設計及分析
5.2.2 鏡頭B結(jié)構(gòu)設計及分析
5.3 單鏡頭模式冷闌效率分析
5.3.1 理論分析
5.3.2 軟件仿真分析
5.4 雙鏡頭模式冷闌匹配分析
5.4.1 鏡頭A信雜比分析
5.4.2 鏡頭B信雜比分析
5.5 冷闌匹配效率驗證試驗
5.5.1 鏡頭成像驗證試驗
5.5.2 雙黑體成像實驗
5.5.2.1 實驗方案設計
5.5.2.2 實驗結(jié)果處理
5.6 本章小結(jié)
6. 總結(jié)與展望
6.1 總結(jié)
6.2 展望
參考文獻
作者簡介及在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果
本文編號：3983547
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