CN109406112A - 一种头罩光学侧窗透光比例确定方法 - Google Patents

一种头罩光学侧窗透光比例确定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109406112A
CN109406112A CN201710706060.9A CN201710706060A CN109406112A CN 109406112 A CN109406112 A CN 109406112A CN 201710706060 A CN201710706060 A CN 201710706060A CN 109406112 A CN109406112 A CN 109406112A
Authority
CN
China
Prior art keywords
side window
optics
light transmission
light
window
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710706060.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109406112B (zh
Inventor
许敏达
陈祺
张伟
张鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Remote Sensing Equipment
Original Assignee
Beijing Institute of Remote Sensing Equipment
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Remote Sensing Equipment filed Critical Beijing Institute of Remote Sensing Equipment
Priority to CN201710706060.9A priority Critical patent/CN109406112B/zh
Publication of CN109406112A publication Critical patent/CN109406112A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109406112B publication Critical patent/CN109406112B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本发明公开了一种头罩光学侧窗透光比例确定方法，本发明方法首先采用Zemax建立光学侧窗透光模型，然后转动导向镜的俯仰角度，查看在不同俯仰扫描角度下侧窗的透光情况，最后转动导向镜的俯仰和方位角度，查看在不同俯仰和方位扫描角度下侧窗的透光情况，完成头罩光学侧窗透光比例分析。本发明方法简便，修改模型即可实时得到计算结果，便于对比分析不同入射角度下的透光比例；同时，利用与实际成像方式相同的光线追迹方法，可直观观察窗口透光情况。

Description

一种头罩光学侧窗透光比例确定方法
技术领域
本发明涉及一种侧窗透光比例确定方法，特别是一种头罩光学侧窗透光比例确定方法。
背景技术
采用红外导引头的飞行器在大气层内作战时，为了减小气动光学效应的影响，大都不采用光学球形头罩而采用光学侧窗头罩，光学窗口位于头罩侧面，故而称为侧窗，红外导引头透过光学侧窗斜视目标，并通过导引头的导向镜对目标进行搜索和跟踪。受圆锥头罩外形和导弹气动外形的限制，头罩上的光学侧窗尺寸和角度不能太大，位置不能太靠上或靠下，因此，在红外导引头跟踪角范围内，不能保证所有角位置上光学窗口都能够100％的透过目标场景辐射能量，在一些目标跟踪角位置光学窗口透光尺寸不够，对目标场景红外能量形成损失，从而降低了红外导引头灵敏度，严重时，可能导致导引头丢失目标。因此，在光学侧窗头罩和导引头光路设计时，需要针对头罩侧窗的大小、位置、角度与红外导引头光路关系，在导引头整个跟踪角范围内对光学侧窗透光比例进行分析，通过反复迭代测试，确定合适的侧窗大小、位置、角度，形成最优的透光性能方案，使红外导引头全跟踪角范围内满足灵敏度指标要求。
目前常用的光学侧窗透光比例分析方法有数学计算法和非序列光线追迹法。数学计算法利用MATLAB计算软件，建立测窗透光计算模型。这种方法计算复杂，透光模型不够直观，难以形成三维结构模型，在整机模型中进行校验；同时，只能计算中心视场透光情况。非序列光线追迹法计算量大，且一个模型只能计算一种扫描角度下的透光比例，一旦模型发生改变，须重新计算。不适用于设计初始阶段，需要比较不同入射角度下的透光比例时的情况。
发明内容
本发明目的在于提供一种头罩光学侧窗透光比例确定方法，解决现有方法计算量大、计算复杂且模型单一的问题。
一种头罩光学侧窗透光比例确定方法，其具体步骤为：
第一步建立光学侧窗透光模型
光学侧窗透光模型包括：目标场景辐射源、光学侧窗、导向镜、反射镜和红外光学镜头。
目标场景辐射源发出的场景辐射经过光学侧窗到达导向镜，导向镜反射光线到达反射镜，反射镜反射光线进入红外光学镜头。光学侧窗与反射镜、红外光学镜头相对位置固定，导向镜在方位俯仰方向转动，从而改变入射光轴的方向。在不同入射光轴角度下，光学侧窗对入射的场景辐射可能会有不同程度的遮挡。
具体设置方式如下：目标场景辐射源出射平行光至光学侧窗表面，此时坐标原点位于光学侧窗中心；设置光学侧窗的偏心和倾斜值为结构模型中的设计值；光线透过光学窗口至导向镜，设置导向镜相对于光轴的初始俯仰倾斜角度x，光线经过导向镜反射到达反射镜，设置反射镜倾斜一定角度，光线经反射镜到达红外光学镜头成像。
第二步转动导向镜的俯仰角度，查看在不同俯仰扫描角度下侧窗的透光情况
改变导向镜的俯仰角度。当导向镜俯仰方向旋转x＇度时，入射光轴在俯仰方向旋转为2x＇度，而系统的机械坐标原点与入射光轴重合，光学测窗位置与入射光轴相关。为了使不同导向镜转角下，光学侧窗与红外光学镜头的相对位置不变，反向旋转光学侧窗的俯仰角度。使光学侧窗沿导向镜中心反向旋转2x＇度。此时，光学窗口与红外光学镜头相对位置不变。入射光轴在光学侧窗表面发生俯仰偏移。
设置待查看光线透过率的表面为光学侧窗窗口，查看当导向镜俯仰方向旋转x＇度时，光学侧窗的透过率情况。
第三步转动导向镜的俯仰和方位角度，查看在不同俯仰和方位扫描角度下侧窗的透光情况
设置导向镜首先在俯仰方向旋转x＇度，然后在方位方向旋转y＇度，此时，入射光轴的旋转方式为：首先俯仰旋转x＇度，然后方位旋转2y＇度，最后俯仰旋转x＇度。为了使侧窗窗口与红外光学镜头的相对位置不发生变化，反向旋转光学侧窗的俯仰角度。为了消除方位和俯仰角度同时旋转带来的角度耦合，使光学窗口完全沿原旋转顺序旋转。首先，设置光学窗口在俯仰方向反向旋转初始角度与旋转角度x＇之和，即‐(x+x＇)，再在方位方向旋转‐2y＇度，再在俯仰方向旋转‐(x+x＇)度，最后，在俯仰方向旋转2x度。此时，光学窗口与红外光学镜头相对位置不变。入射光轴在光学侧窗表面发生俯仰和方位偏移。
设置待查看光线透过率的表面为光学侧窗窗口，查看当导向镜俯仰方向旋转x＇度，方位方向旋转y＇度时，光学侧窗的透过率情况。
设置不同的x＇和y＇值，分析不同扫描角度下，光学测窗的透光情况。
至此，完成了头罩光学侧窗透光比例分析。
更优的，光学侧窗透光模型采用Zemax进行构建。
一种头罩光学侧窗透光比例确定系统，包括：光学侧窗透光模型构建模块、俯仰扫描角度变换侧窗透光检测模块和俯仰方位扫描角度变换侧窗透光检测模块，其中光学侧窗透光模型构建模块构建包含目标场景辐射源、光学侧窗、导向镜、反射镜和红外光学镜头的光学侧窗透光模型；俯仰扫描角度变换侧窗透光检测模块转动导向镜的俯仰角度，查看在不同俯仰扫描角度下侧窗的透光情况；俯仰方位扫描角度变换侧窗透光检测模块转动导向镜的俯仰和方位角度，查看在不同俯仰和方位扫描角度下侧窗的透光情况。
本发明方法计算简便，修改模型即可实时得到计算结果，便于对比分析不同入射角度下的透光比例；同时，利用与实际成像方式相同的光线追迹方法，可直观观察窗口透光情况。
具体实施方式
一种头罩光学侧窗透光比例确定方法，其具体步骤为：
第一步建立光学侧窗透光模型
光学侧窗透光模型采用Zemax进行构建，包括：目标场景辐射源、光学侧窗、导向镜、反射镜和红外光学镜头。
目标场景辐射源发出的场景辐射经过光学侧窗到达导向镜，导向镜反射光线到达反射镜，反射镜反射光线进入红外光学镜头。光学侧窗与反射镜、红外光学镜头相对位置固定，导向镜在方位俯仰方向转动，从而改变入射光轴的方向。在不同入射光轴角度下，光学侧窗对入射的场景辐射可能会有不同程度的遮挡。
具体设置方式如下：目标场景辐射源出射平行光至光学侧窗表面，此时坐标原点位于光学侧窗中心；设置光学侧窗的偏心和倾斜值为结构模型中的设计值；光线透过光学窗口至导向镜，设置导向镜相对于光轴的初始俯仰倾斜角度x，光线经过导向镜反射到达反射镜，设置反射镜倾斜一定角度，光线经反射镜到达红外光学镜头成像。
第二步转动导向镜的俯仰角度，查看在不同俯仰扫描角度下侧窗的透光情况
改变导向镜的俯仰角度。当导向镜俯仰方向旋转x＇度时，入射光轴在俯仰方向旋转为2x＇度，而系统的机械坐标原点与入射光轴重合，光学测窗位置与入射光轴相关。为了使不同导向镜转角下，光学侧窗与红外光学镜头的相对位置不变，反向旋转光学侧窗的俯仰角度。使光学侧窗沿导向镜中心反向旋转2x＇度。此时，光学窗口与红外光学镜头相对位置不变。入射光轴在光学侧窗表面发生俯仰偏移。
设置待查看光线透过率的表面为光学侧窗窗口，查看当导向镜俯仰方向旋转x＇度时，光学侧窗的透过率情况。
第三步转动导向镜的俯仰和方位角度，查看在不同俯仰和方位扫描角度下侧窗的透光情况
设置导向镜首先在俯仰方向旋转x＇度，然后在方位方向旋转y＇度，此时，入射光轴的旋转方式为：首先俯仰旋转x＇度，然后方位旋转2y＇度，最后俯仰旋转x＇度。为了使侧窗窗口与红外光学镜头的相对位置不发生变化，反向旋转光学侧窗的俯仰角度。为了消除方位和俯仰角度同时旋转带来的角度耦合，使光学窗口完全沿原旋转顺序旋转。首先，设置光学窗口在俯仰方向反向旋转初始角度与旋转角度x＇之和，即‐(x+x＇)，再在方位方向旋转‐2y＇度，再在俯仰方向旋转‐(x+x＇)度，最后，在俯仰方向旋转2x度。此时，光学窗口与红外光学镜头相对位置不变。入射光轴在光学侧窗表面发生俯仰和方位偏移。
设置待查看光线透过率的表面为光学侧窗窗口，查看当导向镜俯仰方向旋转x＇度，方位方向旋转y＇度时，光学侧窗的透过率情况。
设置不同的x＇和y＇值，分析不同扫描角度下，光学测窗的透光情况。
至此，完成了头罩光学侧窗透光比例分析。

Claims (3)

1.一种头罩光学侧窗透光比例确定方法，其特征在于具体步骤为：
第一步建立光学侧窗透光模型
光学侧窗透光模型包括：目标场景辐射源、光学侧窗、导向镜、反射镜和红外光学镜头；
目标场景辐射源发出的场景辐射经过光学侧窗到达导向镜，导向镜反射光线到达反射镜，反射镜反射光线进入红外光学镜头。光学侧窗与反射镜、红外光学镜头相对位置固定，导向镜在方位俯仰方向转动，从而改变入射光轴的方向。在不同入射光轴角度下，光学侧窗对入射的场景辐射可能会有不同程度的遮挡；
具体设置方式如下：目标场景辐射源出射平行光至光学侧窗表面，此时坐标原点位于光学侧窗中心；设置光学侧窗的偏心和倾斜值为结构模型中的设计值；光线透过光学窗口至导向镜，设置导向镜相对于光轴的初始俯仰倾斜角度x，光线经过导向镜反射到达反射镜，设置反射镜倾斜一定角度，光线经反射镜到达红外光学镜头成像；
第二步转动导向镜的俯仰角度，查看在不同俯仰扫描角度下侧窗的透光情况
改变导向镜的俯仰角度；当导向镜俯仰方向旋转x＇度时，入射光轴在俯仰方向旋转为2x＇度，而系统的机械坐标原点与入射光轴重合，光学测窗位置与入射光轴相关。为了使不同导向镜转角下，光学侧窗与红外光学镜头的相对位置不变，反向旋转光学侧窗的俯仰角度。使光学侧窗沿导向镜中心反向旋转2x＇度。此时，光学窗口与红外光学镜头相对位置不变。入射光轴在光学侧窗表面发生俯仰偏移；
设置待查看光线透过率的表面为光学侧窗窗口，查看当导向镜俯仰方向旋转x＇度时，光学侧窗的透过率情况；
第三步转动导向镜的俯仰和方位角度，查看在不同俯仰和方位扫描角度下侧窗的透光情况
设置导向镜首先在俯仰方向旋转x＇度，然后在方位方向旋转y＇度，此时，入射光轴的旋转方式为：首先俯仰旋转x＇度，然后方位旋转2y＇度，最后俯仰旋转x＇度；为了使侧窗窗口与红外光学镜头的相对位置不发生变化，反向旋转光学侧窗的俯仰角度；为了消除方位和俯仰角度同时旋转带来的角度耦合，使光学窗口完全沿原旋转顺序旋转；首先，设置光学窗口在俯仰方向反向旋转初始角度与旋转角度x＇之和，即‐(x+x＇)，再在方位方向旋转‐2y＇度，再在俯仰方向旋转‐(x+x＇)度，最后，在俯仰方向旋转2x度；此时，光学窗口与红外光学镜头相对位置不变。入射光轴在光学侧窗表面发生俯仰和方位偏移；
设置待查看光线透过率的表面为光学侧窗窗口，查看当导向镜俯仰方向旋转x＇度，方位方向旋转y＇度时，光学侧窗的透过率情况；
设置不同的x＇和y＇值，分析不同扫描角度下，光学测窗的透光情况；
至此，完成了头罩光学侧窗透光比例分析。
2.如权利要求1所述的头罩光学侧窗透光比例确定方法，其特征在于：光学侧窗透光模型采用Zemax进行构建。
3.一种头罩光学侧窗透光比例确定系统，包括：光学侧窗透光模型构建模块、俯仰扫描角度变换侧窗透光检测模块和俯仰方位扫描角度变换侧窗透光检测模块，其中光学侧窗透光模型构建模块构建包含目标场景辐射源、光学侧窗、导向镜、反射镜和红外光学镜头的光学侧窗透光模型；俯仰扫描角度变换侧窗透光检测模块转动导向镜的俯仰角度，查看在不同俯仰扫描角度下侧窗的透光情况；俯仰方位扫描角度变换侧窗透光检测模块转动导向镜的俯仰和方位角度，查看在不同俯仰和方位扫描角度下侧窗的透光情况。
CN201710706060.9A 2017-08-17 2017-08-17 一种头罩光学侧窗透光比例确定方法 Active CN109406112B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710706060.9A CN109406112B (zh) 2017-08-17 2017-08-17 一种头罩光学侧窗透光比例确定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710706060.9A CN109406112B (zh) 2017-08-17 2017-08-17 一种头罩光学侧窗透光比例确定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109406112A true CN109406112A (zh) 2019-03-01
CN109406112B CN109406112B (zh) 2020-08-18

Family

ID=65454853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710706060.9A Active CN109406112B (zh) 2017-08-17 2017-08-17 一种头罩光学侧窗透光比例确定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109406112B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5149970A (en) * 1991-09-26 1992-09-22 Hughes Aircraft Company Dual-band optoelectronic imaging apparatus including "venetian blind" dichroic plate arrangement
US20060158898A1 (en) * 2005-01-18 2006-07-20 Young Optics Inc. Projector
CN102183307A (zh) * 2011-03-17 2011-09-14 北京航空航天大学 红外成像制导中梯度温度气体介质的热辐射噪声获取方法
CN102506612A (zh) * 2011-10-13 2012-06-20 哈尔滨工业大学 一种用于小型化光学成像制导系统的阶跃式扫描成像方法
CN104570346A (zh) * 2015-02-10 2015-04-29 哈尔滨工业大学 一种基于像方间接稳像的长波红外光学成像系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5149970A (en) * 1991-09-26 1992-09-22 Hughes Aircraft Company Dual-band optoelectronic imaging apparatus including "venetian blind" dichroic plate arrangement
US20060158898A1 (en) * 2005-01-18 2006-07-20 Young Optics Inc. Projector
CN102183307A (zh) * 2011-03-17 2011-09-14 北京航空航天大学 红外成像制导中梯度温度气体介质的热辐射噪声获取方法
CN102506612A (zh) * 2011-10-13 2012-06-20 哈尔滨工业大学 一种用于小型化光学成像制导系统的阶跃式扫描成像方法
CN104570346A (zh) * 2015-02-10 2015-04-29 哈尔滨工业大学 一种基于像方间接稳像的长波红外光学成像系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨扬: "红外目标模拟器辐照度模拟与测量方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109406112B (zh) 2020-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109211107B (zh) 测量装置、旋转体以及产生图像数据的方法
US8619248B2 (en) System and method for calibrating ultra wide-angle lenses
CN110132226A (zh) 一种无人机巡线的距离及方位角测量系统和方法
CN110608717B (zh) 一种地平式望远镜消像旋目标跟踪方法、系统及电子设备
CN105066910B (zh) 电光晶体z轴偏离角测量装置及测量方法
CN106042005A (zh) 仿生眼定位追踪系统及其工作方法
CN108445469A (zh) 一种多线激光雷达的转镜扫描装置及方法
US20150268346A1 (en) Optical axis directing apparatus
CN106611430A (zh) 一种rgb-d图像生成方法、装置及摄像机
US9746323B2 (en) Enhanced optical detection and ranging
CN115437030B (zh) 一种高色散光纤光谱仪导星闭环跟踪方法和系统
US20090080092A1 (en) System for increasing horizontal field of view of a camera
CN107688172A (zh) 一种多光程腔、检测装置及检测方法
CN104714222B (zh) 激光雷达系统回波能量的计算方法
CN106125280A (zh) 用于视场拼接的折返式光学系统
CN109406112A (zh) 一种头罩光学侧窗透光比例确定方法
CN107728316A (zh) 运用离轴三反光学系统成像规律的等效分析方法
US20240171720A1 (en) Non-blind-area multi-view panoramic stereo imaging device
CN102194249B (zh) 一种利用红外线和可见光相结合的水流建模数据捕获装置
CN206177254U (zh) 一种光束位置与姿态检测系统
CN105629431B (zh) 一种卡塞格林抛物面主镜的光轴确定方法
CN113850905A (zh) 一种用于周扫型光电预警系统的全景图像实时拼接方法
CN206096456U (zh) 一种多线光学测距装置
CN103926252A (zh) 超大视场环形临边成像仪高精度辐射定标及数据整合方法
CN111707446A (zh) 光斑中心与探测器接收面中心对准的调节方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant