猫眼隐身光学系统设计及回波分析

论文摘要

在当代军事化光电对抗当中,光学设备普遍具有猫眼效应的特性,激光主动探测装置利用这一特性对其进行探测、识别、定位、打击。激光主动探测技术的快速发展,严重威胁到现有光学设备的生存空间。本文设计的猫眼隐身光学系统,不仅能保证我方探测系统的侦查能力,而且能保证我方的光学设备在复杂多变的探测环境中安全生存。本文以实现猫眼隐身为目的,首先研究了猫眼效应的原理,分别用衍射积分法、几何光学法和矩阵光学法分析了猫眼效应的回波特性及影响猫眼隐身的因素。然后提出了采用像面倾斜的方法来进行猫眼隐身光学系统的设计,并分析了像面倾斜的方法减弱猫眼效应的原理。依据三阶矢量像差理论,分析了光学系统的倾斜和偏心对于像差的影响,主要分析了像面倾斜对于5种单色像差的影响,为了校正像面倾斜带来的正负视场像差的不对称性,分析了自由曲面在成像光学系统中的应用,根据自由曲面的非旋转对称性,以及自由曲面对倾斜像差的影响,通过引入自由曲面来校正像面倾斜带来的倾斜像差。最后依据设计指标要求,进行猫眼隐身光学系统设计,分析了5种单色像差的校正问题,根据系统设计流程图进行系统设计。最终设计了一款像面倾斜4.5°的猫眼隐身光学系统,在系统第五片透镜引入自由曲面,并对其激光回波进行了分析。结果表明:像面倾斜4.5°的猫眼隐身光学系统,在整个视场范围内,系统成像质量良好。通过计算和仿真分析系统的激光回波可知:像面倾斜的角度越大,激光回波衰减越明显;对比分析相同探测距离下像面倾斜和不倾斜的激光回波可得:相同探测距离下,像面倾斜系统的激光回波明显小于像面不倾斜时的激光回波,随着探测距离的增大,像面倾斜系统的激光回波衰减十分明显,无法被探测到。像面倾斜的方法能够有效实现猫眼隐身。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状与发展

1.2.1 国内研究现状

1.3 主要研究内容和组织结构

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 本文的组织结构及框图

1.4 本章小结

2 猫眼隐身的机理分析

2.1 猫眼效应的原理

2.2 猫眼效应的回波特性

2.2.1 物理光学的衍射积分法

2.2.2 几何光学法

2.2.3 矩阵光学光线传输法

2.3 影响猫眼系统激光回波的因素

2.3.1 影响因素及隐身方式

2.3.2 像面倾斜猫眼隐身的原理

2.4 本章小结

3 倾斜像差的校正与自由曲面的应用

3.1 矢量像差理论

3.1.1 矢量像差的基础

3.1.2 倾斜和偏心矢量像差的推导

3.2 倾斜对5种单色像差的的影响

3.2.1 像面倾斜对球差的影响

3.2.2 像面倾斜对彗差的影响

3.2.3 像面倾斜对像散的影响

3.2.4 像面倾斜对场曲的影响

3.2.5 像面倾斜对畸变的影响

3.3 自由曲面的应用

3.3.1 XY多项式描述的自由曲面

3.3.2 自由曲面对像差节点的影响

3.4 本章小结

4 光学系统设计及分析

4.1 像差分析及设计原则

4.1.1 球差校正

4.1.2 彗差校正

4.1.3 像散校正

4.2 光学系统设计

4.2.1 设计指标

4.2.2 设计思路

4.2.3 系统设计过程

4.2.4 倾斜像面调节

4.3 设计结果及像质评价

4.3.1 系统结构

4.3.2 系统像质评价

4.4 公差分析

4.5 本章小结

5 猫眼隐身光学系统的回波分析

5.1 倾斜像面猫眼系统光线传输模型

5.2 倾斜像面对不同视场激光回波的影响

5.3 像面倾斜光学系统的回波特性分析

5.3.1 倾斜角度对激光回波的影响

5.3.2 倾斜像面的不同视场对激光回波的影响

5.3.3 探测距离对于激光回波的影响

5.3.4 倾斜像面对于不同视场激光回波照度的影响

5.3.5 对全视场不同探测距离的激光回波进行模拟分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 雷培奇

导师: 高明

关键词: 激光探测,猫眼隐身,激光回波,像面倾斜

来源: 西安工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 西安工业大学

分类号: TN249

DOI: 10.27391/d.cnki.gxagu.2019.000536

总页数: 67

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