【摘要】：隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭的發(fā)展,掌握戰(zhàn)場局勢和瞬息萬變的戰(zhàn)場情報(bào)是獲取戰(zhàn)場主動(dòng)權(quán)的關(guān)鍵,也是取得戰(zhàn)爭勝利的重要法寶,這就要求偵察系統(tǒng)不僅能大視場掌握全局信息,又能遠(yuǎn)距離跟蹤觀察目標(biāo),因此,變焦距系統(tǒng)常被用在軍事偵察等領(lǐng)域。隨著技術(shù)的發(fā)展,人們希望偵察相機(jī)即擁有較大的視場統(tǒng)攬全局,又具備長焦距遠(yuǎn)距離觀察能力,對(duì)光學(xué)系統(tǒng)來說,這兩種能力的設(shè)計(jì)要求恰恰相反,前者要求光學(xué)系統(tǒng)具備短焦距大視場,而后者卻要求光學(xué)系統(tǒng)具備長焦距超小視場。基于以上要求,本論文開展了超小視場變焦距光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究。本文從變焦距光學(xué)系統(tǒng)基礎(chǔ)理論入手,分析了變焦距系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過程,并推導(dǎo)了連續(xù)變焦距光學(xué)系統(tǒng)高斯解求解的過程。確定了系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo),歸納總結(jié)了不同變焦距結(jié)構(gòu)形式光學(xué)系統(tǒng)各自的優(yōu)缺點(diǎn),根據(jù)技術(shù)指標(biāo),提出了一種“混合”式設(shè)計(jì)方法,即采用雙通道的結(jié)構(gòu)形式:一個(gè)通道采用機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦距結(jié)構(gòu)形式,變焦范圍為20.5~420mm,能實(shí)現(xiàn)30°~1.5°的視場變化。像差分析結(jié)果表明,該連續(xù)變焦系統(tǒng)在所有焦距的所有視場內(nèi),其MTF曲線在CCD的奈奎斯特頻率(91lp/mm)處的值都維持在0.3以上,點(diǎn)列圖的彌散斑小而密集,能量基本都集中在像元大小(5.5μm)內(nèi),系統(tǒng)的畸變很小,最大也不超過3%,具有較好的像面照度均勻性。綜合分析表明,該連續(xù)變焦距光學(xué)系統(tǒng)具有良好的成像質(zhì)量。另一個(gè)通道采用R-C光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì),系統(tǒng)焦距能達(dá)到2100mm,能實(shí)現(xiàn)0.3°的超小視場。根據(jù)像差像差分析結(jié)果,該系統(tǒng)在成像質(zhì)量方面性能良好,滿足設(shè)計(jì)要求。該雙通道變焦距系統(tǒng)結(jié)合了連續(xù)變焦距和R-C系統(tǒng)的特點(diǎn),克服了單一光學(xué)通道光學(xué)系統(tǒng)不容易同時(shí)實(shí)現(xiàn)大視場和長焦距的困難,使整個(gè)系統(tǒng)即能做到大視場掌握全局信息,又能做到超小視場遠(yuǎn)距離跟蹤觀察目標(biāo),滿足設(shè)計(jì)要求。論文分析了光學(xué)系統(tǒng)的公差情況,給出了合理的公差范圍。根據(jù)航空相機(jī)的應(yīng)用環(huán)境,分析了光學(xué)系統(tǒng)在高溫(60℃)和低溫(-40℃)環(huán)境以及不同大氣壓強(qiáng)下的成像質(zhì)量,分析結(jié)果表明,該系統(tǒng)連續(xù)變焦通道在溫度和氣壓變化時(shí),會(huì)發(fā)生像面離焦現(xiàn)象。本文采用后組調(diào)焦補(bǔ)償技術(shù)補(bǔ)償像面產(chǎn)生的離焦量,系統(tǒng)的成像質(zhì)量提升明顯,成像質(zhì)量良好。
【圖文】：

第一章 緒論第一章 緒 論1.1 課題研究背景及意義由近幾次世界局部戰(zhàn)爭來看，掌握戰(zhàn)場局勢的發(fā)展和瞬時(shí)萬變的戰(zhàn)場情報(bào)是取得戰(zhàn)場主動(dòng)權(quán)的關(guān)鍵，，也是取得戰(zhàn)爭勝利的重要利器，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要能精確、實(shí)時(shí)地采集情報(bào)信息的系統(tǒng)裝備[1]。過去主要由光學(xué)偵察衛(wèi)星和有人駕駛偵察飛機(jī)承擔(dān)對(duì)敵偵查和獲取情報(bào)信息的任務(wù)，但用偵察衛(wèi)星對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行全天連續(xù)監(jiān)視，必須擁有一個(gè)龐大的星群，其裝備費(fèi)用十分驚人，而機(jī)載光電偵查系統(tǒng)（如圖 1.1 所示）以其靈活快捷的優(yōu)點(diǎn)成為近些年來國內(nèi)外關(guān)注的重點(diǎn)[2]。

的“鷹眼”插入式吊艙 POP200 等。（1） 美國 MTS 系列光電吊艙隨著信息化作戰(zhàn)發(fā)展的需求和技術(shù)進(jìn)步，無人機(jī)以其獨(dú)特的優(yōu)勢，在戰(zhàn)爭中發(fā)揮著巨大的作用。美國捕食者無人機(jī)（MQ-9）作為最早被投入實(shí)戰(zhàn)的無人機(jī)之一[15]，其在阿富汗戰(zhàn)爭和伊拉克戰(zhàn)爭中的出色表現(xiàn)，讓各國對(duì)無人機(jī)在戰(zhàn)爭中所能發(fā)揮的巨大作用有了深刻的認(rèn)識(shí)[16]。捕食者無人機(jī)（MQ-9）是一種中高空、長航時(shí)、多任務(wù)型無人機(jī)系統(tǒng)。美國雷神公司（Raytheon）為捕食者無人機(jī)研制的多光譜瞄準(zhǔn)系統(tǒng)（MTS-A/B）是其獲取信息情報(bào)的主要來源。圖 1.2 為美國捕食者無人機(jī)的MTS-A/B 光電吊艙（B型主要針對(duì)高空應(yīng)用做適應(yīng)性設(shè)計(jì)），它由轉(zhuǎn)臺(tái)單元和電子處理單元組成。吊艙內(nèi)部裝有可見光/紅外電視、激光測距儀、激光指示器和激光照射器等，其內(nèi)部還可提供多波長傳感器、近紅外和彩色可見光攝像機(jī)等一系列安裝選項(xiàng)[16]。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V271.4;V24;TJ5

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本文編號(hào)：2704866