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非制冷型640×512面阵红外导引头光学系统设计

孙爱平 龚杨云 浦恩昌 李泽民 雷旭峰

孙爱平, 龚杨云, 浦恩昌, 李泽民, 雷旭峰. 非制冷型640×512面阵红外导引头光学系统设计[J]. 红外技术, 2021, 43(8): 736-742.
引用本文: 孙爱平, 龚杨云, 浦恩昌, 李泽民, 雷旭峰. 非制冷型640×512面阵红外导引头光学系统设计[J]. 红外技术, 2021, 43(8): 736-742.
SUN Aiping, GONG Yangyun, PU Enchang, LI Zemin, LEI Xufeng. Optical System Design of Uncooled 640×512 Infrared Seeker[J]. Infrared Technology , 2021, 43(8): 736-742.
Citation: SUN Aiping, GONG Yangyun, PU Enchang, LI Zemin, LEI Xufeng. Optical System Design of Uncooled 640×512 Infrared Seeker[J]. Infrared Technology , 2021, 43(8): 736-742.

非制冷型640×512面阵红外导引头光学系统设计

详细信息
    作者简介:

    孙爱平(1980-),男,硕士,高级工程师,研究方向:光学系统设计。E-mail:50973525@qq.com

  • 中图分类号: TN219

Optical System Design of Uncooled 640×512 Infrared Seeker

  • 摘要: 为了增大视场角、提高探测距离,本文设计了一款采用640×512面阵非制冷机芯的红外成像导引头。首先分析了红外成像导引头多种结构型式,结合本文设计要求的特点,选择了万向支架式的结构型式;其次对红外导引头光学系统进行像质优化,并对框架角及盲区的满足情况开展分析;最后以实物样机的试验情况,说明此红外成像导引头成像质量良好,能满足搜索、跟踪目标的要求。
  • 图  1  基诺衍射面理想面型

    Figure  1.  Ideal shape of Gino diffraction surface

    图  2  基诺衍射面检测结果

    Figure  2.  Test results of Gino diffraction surface

    图  3  红外导引头光学系统布局型式图

    Figure  3.  Infrared seeker optical system layout

    图  4  在20℃工作条件下红外导引头光学系统的MTF曲线、点列图、能量包围曲线、场曲与畸变曲线

    Figure  4.  MTF curves, point diagram, energy enclosing curves, field curve and distortion curve of infrared seeker optical system at 20℃

    图  5  在-40℃工作条件下红外导引头光学系统的MTF曲线、点列图、能量包围曲线、场曲与畸变曲线

    Figure  5.  MTF curves, point diagram, energy enclosing curves, field curve and distortion curve of infrared seeker optical system at -40℃

    图  6  在60℃工作条件下红外导引头光学系统的MTF曲线、点列图、能量包围曲线、场曲与畸变曲线

    Figure  6.  MTF curves, point diagram, energy enclosing curves, field curve and distortion curve of infrared seeker optical system at 60℃

    图  7  框架角计算示意图

    Figure  7.  Schematic diagram of frame angle calculation

    图  8  导引头框架角在0°、33.1°工作时光学位置示意图

    Figure  8.  Optical schematic diagram when seeker frame angle is 0° and 33.1°

    图  9  红外成像导引头调试时截图

    Figure  9.  Screenshot of infrared imaging seeker debug

    图  10  打靶试验截图

    Figure  10.  Shooting test screenshot

    表  1  红外导引头光学系统设计参数

    Table  1.   Design parameters of optical system for infrared seeker

    Focal length 50mm
    Field 12.4°×9.94°
    F/# 0.9
    Wavelength 8-12μm
    Detector type UFPA 640×512, 17μm
    Frame angle ≥-30°~+30°(Pitch)
    ≥-20°~+20°(Level)
    Maximum blind area (target size 2.3m×2.3m) ≤50m
    Stable tracking range ≥2.5km
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    表  2  红外导引头光学系统离焦量表

    Table  2.   Infrared seeker optical system defocus gauge

    Temperature Defocusing Depth of focus Remarks
    -40℃ 3.7μm 17.7μm Minimum temperature
    -20℃ 1.9μm -
    0℃ 0.5μm -
    20℃ 0μm Nominal temperature
    40℃ -1.7μm -
    60℃ -2.6μm Maximum temperature
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    表  3  零件公差表

    Table  3.   Part tolerance table

    Parameter Tolerance Parameter Tolerance
    Sphere error ±3 aperture Surface tilt ±50"
    Surface irregularity ±0.7 aperture Air thickness ±0.05 mm
    Aspheric error ±7×10-5 mm Element tilt 0.075mm
    Thickness ±0.03 mm Element eccentricity 3.6′
    Focal plane
    displacement compensation
    ±0.5 mm - -
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    表  4  蒙特卡罗虚拟镜头分析结果

    Table  4.   Analysis results of Monte Carlo virtual lens

    Field
    Average 1 2 3 4 5
    Nominal MTF 0.563 0.598 0.599 0.497 0.599 0.497
    Optimum MTF 0.461 0.563 0.544 0.421 0.480 0.394
    Worst MTF 0.217 0.224 0.222 0.190 0.251 0.198
    Average MTF 0.343 0.358 0.355 0.314 0.366 0.300
    Standard deviation 0.078 0.096 0.088 0.069 0.073 0.067
    Compensation parameter statistics(Change of back focal plane)
    Maximum 0.074
    Minimum -0.101
    Nominal 0.009
    Standard deviation 0.043
    MTF analysis of Monte Carlo virtual lens(Nyquist frequency)
    MTF of Monte Carlo virtual lens(90%)≥0.239
    MTF of Monte Carlo virtual lens(80%)≥0.272
    MTF of Monte Carlo virtual lens(50%)≥0.345
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  • [1] 李煜, 白丕绩, 陶禹, 等. 应用于红外成像导引头的非制冷焦平面探测器[J]. 红外技术, 2016, 38(4): 280-289. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201604002

    LI Yu, BAI Piji, TAO Yu, et al. Uncooled focal plane arrays detector applied for infrared imaging seeker[J]. Infrared Technology, 2016, 38(4): 280-289. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201604002
    [2] 汤永涛, 林鸿生, 陈春. 现代导弹导引头发展综述[J]. 制导与引信, 2014, 35(1): 12-17. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDYK201401003.htm

    TANG Yongtao, LIN Hongsheng, CHEN Chun. The development and summary of modern missile seeker[J]. Guidance & Fuze, 2014, 35(1): 12-17. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDYK201401003.htm
    [3] 姜成舟, 段萌, 潘国庆, 等. 一种小型化探测器固联于弹体式导引头光学系统设计[J]. 红外技术, 2014, 36(9): 743-747. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201409013

    JIANG Chengzhou, DUAN Meng, PAN Guoqing, et al. A miniaturized optical system design of seeker with detector fixation[J]. Infrared Technology, 2014, 36(9): 743-747. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201409013
    [4] 赵善彪, 张天孝, 李晓钟. 红外导引头综述[J]. 飞航导弹, 2006(8): 42-45. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-FHDD200608007.htm

    ZHAO Shanbiao, ZHANG Tianxiao, LI Xiaozhong. A summary of infrared seeker[J]. Winged Missiles Journal, 2006(8): 42-45. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-FHDD200608007.htm
    [5] 刘珂, 陈宝国, 李丽娟. 空空导弹红外导引头技术发展趋势及关键技术[J]. 激光与红外, 2011, 41(10): 1117-1121. doi:  10.3969/j.issn.1001-5078.2011.10.012

    LIU Ke, CHEN Baoguo, LI Lijuan. Development tendency and key technology of IR seeker for air-to-air missile[J]. Laser & Infrared, 2011, 41(10): 1117-1121. doi:  10.3969/j.issn.1001-5078.2011.10.012
    [6] Fraenkel R, Haski J, Mizrahi U, et al. Cooled and uncooled infrared detectors for missile seekers[C]//Proceedings of SPIE, 2014, 9070: 90700P.
    [7] 孙爱平, 龚杨云, 朱尤攀, 等. 大孔径、大视场辅助驾驶仪红外镜头无热化设计[J]. 红外技术, 2013, 35(10): 617-622. doi:  10.11846/j.issn.1001_8891.201311008

    SUN Aiping, GONG Yangyun, ZHU Youpan, et al. Optical system design of low-light-level and infrared image fusion hand-held viewer[J]. Infrared Technology, 2013, 35(11): 712-717. doi:  10.11846/j.issn.1001_8891.201311008
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-11
  • 修回日期:  2021-01-19
  • 刊出日期:  2021-08-20

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    《红外技术》编辑部

    2021-06-16