CN109471252A - 一种复杂光学场景空间运动模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种复杂光学场景空间运动模拟装置。该装置包括：长出瞳距无焦光学系统和空间运动模拟系统；长出瞳距无焦光学系统位于红外波束合成器右侧；长出瞳距无焦光学系统包括第一球面主反射镜、第二球面主反射镜和球面反射场镜；空间运动模拟系统包括第一旋转反射镜、第二旋转反射镜、第三旋转反射镜和第四旋转反射镜。本申请提供的装置由长出瞳距无焦光学系统和空间运动模拟系统组成，可以解决高性能光学成像制导半实物中全波段、大视场、大动态范围、无像旋的复杂光学目标场景空间视线角运动模拟问题。

Description

一种复杂光学场景空间运动模拟装置
技术领域
本申请涉及仿真技术领域，特别涉及一种复杂光学场景空间运动模拟装置。
背景技术
随着新型干扰技术的发展，新型探测技术不断更新换代，如双色成像探测、多光谱探测系统正成为技术发展的前沿与牵引。新型成像探测能够有效的克服老式红外导引头易受红外诱饵和背景干扰继而丢失目标的缺点，成为复杂电磁环境下红外制导武器抗干扰的有效方式。而各种新型红外成像制导导弹的出现，对红外成像制导仿真提出了新的要求，迫切需要研制相应的高性能的半实物成像制导仿真系统，以便有效的对红外成像武器的性能做出评价。
传统的光学制导控制半实物仿真系统是五轴转台方式，目标模拟器安装在外两轴(即目标框)上，通过目标轴的俯仰和偏航运动，实现光学目标的主视场运动。这种方法的优点是系统集成度高，视场运动范围大，但缺点是对目标模拟器空间体积、设备重量限制较大，从而限制了目标模拟器性能指标。不利于多波段，大动态，高分辨的光学目标场景的实现。
发明内容
为解决上述问题之一，本申请提供了一种复杂光学场景空间运动模拟装置。
该装置包括：长出瞳距无焦光学系统和空间运动模拟系统；
所述长出瞳距无焦光学系统位于红外波束合成器右侧；
所述长出瞳距无焦光学系统包括第一球面主反射镜、第二球面主反射镜和球面反射场镜；
所述空间运动模拟系统包括第一旋转反射镜、第二旋转反射镜、第三旋转反射镜和第四旋转反射镜。
可选地，所述长出瞳距无焦光学系统为典型三反式光学系统。
可选地，所述第一球面主反射镜与所述第二球面主反射镜同心，且曲率半径相同。
可选地，所述球面反射场镜的曲率半径为所述第一球面主反射镜的一半。
可选地，所述第一球面主反射镜、第二球面主反射镜和球面反射场镜共心；
所述球面反射场镜位于第一球面主反射镜和第二球面主反射镜的焦平面上。
可选地，所述第一球面主反射镜和所述第二球面主反射镜的曲率半径均为10000毫米mm；
所述球面反射场镜的曲率半径为5000mm。
可选地，所述第一旋转反射镜、第二旋转反射镜、第三旋转反射镜和第四旋转反射镜均为平面反射镜。
可选地，所述第一旋转反射镜位于在光束中心线上；
其中，光束中心线穿过所述第一旋转反射镜的几何中心，与所述第一旋转反射镜法线的角度为45°。
可选地，所述第二旋转反射镜固定在所述第一旋转反射镜上方；
所述第二旋转反射镜平行于所述第一旋转反射镜；
所述第二旋转反射镜的几何中心与所述第一旋转反射镜的几何中心的连线，与第二旋转反射镜和第一旋转反射镜之间的光束中心线重合。
可选地，所述第三旋转反射镜和所述第二旋转反射镜之间的光束中心线，与所述第三旋转反射镜呈45°夹角；
所述第三旋转反射镜的几何中心与所述第二旋转反射镜的几何中心的连线，与所述所述第三旋转反射镜和所述所述第二旋转反射镜的光束的中心线重合；
所述第三旋转反射镜的延长线垂直于所述第二旋转反射镜的延长线。
本申请所述装置由长出瞳距无焦光学系统和空间运动模拟系统组成，其中长出瞳距无焦光学系统包括第一球面主反射镜、第二球面主反射镜和球面反射场镜，空间运动模拟系统包括第一旋转反射镜、第二旋转反射镜、第三旋转反射镜和第四旋转反射镜，可以解决高性能光学成像制导半实物中全波段、大视场、大动态范围、无像旋的复杂光学目标场景空间视线角运动模拟问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出本发明一个实施例提供的一种复杂光学场景空间运动模拟装置的结构示意图；
图2示出本发明一个实施例提供的一种空间运动模拟系统的结构示意图。
附图标号
1、第一球面主反射镜，2、第二球面主反射镜，3、空间运动模拟系统，4、光电传感器，5、光电传感器，6、第一旋转反射镜的法线，7、第四旋转反射镜的法线，8、第一旋转反射镜，9、第二旋转反射镜，10、第三旋转反射镜，11、第四旋转反射镜，12、初始位置的第四旋转反射镜几何中心和第一旋转反射镜几何中心的连线光轴
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
本实施例提供一种复杂光学场景空间运动模拟装置，包括：长出瞳距无焦光学系统和空间运动模拟系统。长出瞳距无焦光学系统位于红外波束合成器右侧。
其中，
长出瞳距无焦光学系统为典型三反式光学系统。包括第一球面主反射镜、第二球面主反射镜和球面反射场镜。
具体的，第一球面主反射镜与第二球面主反射镜同心，且曲率半径相同。如第一球面主反射镜和第二球面主反射镜的曲率半径均为10000mm(毫米)。
球面反射场镜的曲率半径为第一球面主反射镜的一半。由于第一球面主反射镜与第二球面主反射镜曲率半径相同，因此球面反射场镜的曲率半径也为第二球面主反射镜的一半。例如，球面反射场镜的曲率半径为5000mm。
第一球面主反射镜、第二球面主反射镜和球面反射场镜共心。
球面反射场镜位于第一球面主反射镜和第二球面主反射镜的焦平面上。
空间运动模拟系统包括第一旋转反射镜、第二旋转反射镜、第三旋转反射镜和第四旋转反射镜。
其中，第一旋转反射镜、第二旋转反射镜、第三旋转反射镜和第四旋转反射镜均为平面反射镜。
第一旋转反射镜位于在光束中心线上；
其中，光束中心线穿过第一旋转反射镜的几何中心，与第一旋转反射镜法线的角度为45°。
第二旋转反射镜固定在第一旋转反射镜上方。
第二旋转反射镜平行于第一旋转反射镜。
第二旋转反射镜的几何中心与第一旋转反射镜的几何中心的连线，与第二旋转反射镜和第一旋转反射镜之间的光束中心线重合。
第三旋转反射镜和第二旋转反射镜之间的光束中心线，与第三旋转反射镜呈45°夹角。
第三旋转反射镜的几何中心与第二旋转反射镜的几何中心的连线，与第三旋转反射镜和第二旋转反射镜的光束的中心线重合。
第三旋转反射镜的延长线垂直于第二旋转反射镜的延长线。
本实施例提供的复杂光学场景空间运动模拟装置，可以解决高性能光学成像制导半实物中全波段、大视场、大动态范围、无像旋的复杂光学目标场景空间视线角运动模拟问题。
在具体实施时，本实施例提供的复杂光学场景空间运动模拟装置的结构可如图1所示，其中，本实施复杂光学场景空间运动模拟装置中长出瞳距无焦光学系统的第一球面主反射镜在图1中的标号为1，本实施复杂光学场景空间运动模拟装置中长出瞳距无焦光学系统的第二球面主反射镜在图1中的标号为2，本实施复杂光学场景空间运动模拟装置中长出瞳距无焦光学系统的球面反射场镜在图1中的标号为3，本实施复杂光学场景空间运动模拟装置中空间运动模拟系统在图1中的标号为4。
空间运动模拟系统具体结构如图2所示，其中，第一旋转反射镜在图2中的标号为8，第二旋转反射镜在图2中的标号为9，第三旋转反射镜在图2中的标号为10，第四旋转反射镜在图2中的标号为11。
下面以图1和图2所示的结构为例，对本实施例提供的复杂光学场景空间运动模拟装置再次说明。在说明过程中，以第一球面主反射镜为球面主反射镜A、第二球面主反射镜为球面主反射镜B、球面反射场镜为球面反射场镜C、第一旋转反射镜为旋转反射镜A、第二旋转反射镜为旋转反射镜B、第三旋转反射镜为旋转反射镜C和第四旋转反射镜为旋转反射镜D为例。
具体的，该复杂光学场景空间运动模拟装置，包括：长出瞳距无焦光学系统和空间运动模拟系统两大部分。
其中，长出瞳距无焦光学系统包括球面主反射镜A、球面主反射镜B和球面反射场镜C；空间运动模拟系统包括旋转反射镜A、旋转反射镜B、旋转反射镜C和旋转反射镜D。
长出瞳距无焦光学系统为典型三反式光学系统，置于红外波束合成器右侧，该系统中的三个反射镜均为球面，其中球面主反射镜A与球面主反射镜B同心且曲率半径均为10000mm，球面反射场镜C曲率半径为球面主反射镜的一半5000mm。三个球面反射镜共心，球面反射场镜C位于两个球面主反射镜的焦平面上。根据成像关系当系统入瞳位于与距球面主反射镜A相距-10000mm的位置时，系统出瞳与球面主反射镜B相距10000mm位置处，根据设计，此系统出瞳距可以在一定范围内做调整。
长出瞳距无焦光学系统的工作原理是，从目标模拟器产生红外图像经过目标模拟器自身光学系统被准直为平行光出射，经过红外波束合成器后实现复合。复合后图像经过球面主反射镜A，在球面主反射镜A的焦平面上成一次实像，也就是成像于球面反射场镜C上，此时球面反射场镜C只改变光线走向不改变成像关系。之后光线再经过球面反射镜B重新被准直为平行光出射，再通过空间运动模拟装置，最后到达系统出瞳处供被测设备观测。
空间运动模拟系统为四块平面反射镜。旋转反射镜A固定在光束中心线上，且光束中心线穿过旋转反射镜A的几何中心，与旋转反射镜A法线的角度为45°。旋转反射镜B固定在旋转反射镜A上方，旋转反射镜B平行于旋转反射镜A，旋转反射镜B的几何中心与旋转反射镜A的几何中心的连线与旋转反射镜B和旋转反射镜A之间的光束中心线重合。旋转反射镜C和旋转反射镜B之间的光束中心线与旋转反射镜C呈45°夹角，旋转反射镜C的几何中心与旋转反射镜B的几何中心的连线与旋转反射镜C和旋转反射镜B的光束的中心线重合，旋转反射镜C的延长线垂直于旋转反射镜B的延长线。
空间运动模拟系统的工作原理是：当模拟目标场景空间视线角运动时，旋转反射A、旋转反射B和旋转反射C同时围绕初始位置的俯仰反射镜几何中心和旋转反射镜A几何中心的连线旋转相同角度。俯仰反射镜在初始位置时，平行于旋转反射镜C，且俯仰反射镜的几何中心和旋转反射镜C的几何中心连线与俯仰反射镜和旋转反射镜C之间的光束中心线重合，俯仰反射镜几何中心和旋转反射镜A几何中心的连线与初始位置的俯仰反射镜的法线夹角为45°。俯仰反射镜能够沿着旋转反射镜C和俯仰反射镜之间光束的方向上运动，同时俯仰反射镜还能做围绕自己的几何中心做俯仰运动，保证俯仰反射镜出射的光束始终指向光电传感器。
本实施例提供的复杂光学场景空间运动模拟装置采用了全反射式结构，保证了全波段无色差，对中波红外、长波红外以及可见光波段均具有良好的成像质量；与本系统对接的目标模拟器放在地面使用，对尺寸重量限制较小，有利于大幅提高目标模拟器性能。本实施例提供的复杂光学场景空间运动模拟装置可以用于高性能复杂场景光学成像仿真。
本实施例提供的装置由长出瞳距无焦光学系统和空间运动模拟系统组成，其中长出瞳距无焦光学系统包括第一球面主反射镜、第二球面主反射镜和球面反射场镜，空间运动模拟系统包括第一旋转反射镜、第二旋转反射镜、第三旋转反射镜和第四旋转反射镜，可以解决高性能光学成像制导半实物中全波段、大视场、大动态范围、无像旋的复杂光学目标场景空间视线角运动模拟问题。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种复杂光学场景空间运动模拟装置，其特征在于，所述装置包括：长出瞳距无焦光学系统和空间运动模拟系统；
所述长出瞳距无焦光学系统位于红外波束合成器右侧；
所述长出瞳距无焦光学系统包括第一球面主反射镜、第二球面主反射镜和球面反射场镜；
所述空间运动模拟系统包括第一旋转反射镜、第二旋转反射镜、第三旋转反射镜和第四旋转反射镜。
2.根据权利要求1所述的复杂光学场景空间运动模拟装置，其特征在于，所述长出瞳距无焦光学系统为典型三反式光学系统。
3.根据权利要求2所述的复杂光学场景空间运动模拟装置，其特征在于，所述第一球面主反射镜与所述第二球面主反射镜同心，且曲率半径相同。
4.根据权利要求3所述的复杂光学场景空间运动模拟装置，其特征在于，所述球面反射场镜的曲率半径为所述第一球面主反射镜的一半。
5.根据权利要求4所述的复杂光学场景空间运动模拟装置，其特征在于，所述第一球面主反射镜、第二球面主反射镜和球面反射场镜共心；
所述球面反射场镜位于第一球面主反射镜和第二球面主反射镜的焦平面上。
6.根据权利要求5所述的复杂光学场景空间运动模拟装置，其特征在于，所述第一球面主反射镜和所述第二球面主反射镜的曲率半径均为10000毫米mm；
所述球面反射场镜的曲率半径为5000mm。
7.根据权利要求1所述的复杂光学场景空间运动模拟装置，其特征在于，所述第一旋转反射镜、第二旋转反射镜、第三旋转反射镜和第四旋转反射镜均为平面反射镜。
8.根据权利要求7所述的复杂光学场景空间运动模拟装置，其特征在于，所述第一旋转反射镜位于在光束中心线上；
其中，光束中心线穿过所述第一旋转反射镜的几何中心，与所述第一旋转反射镜法线的角度为45°。
9.根据权利要求7所述的复杂光学场景空间运动模拟装置，其特征在于，所述第二旋转反射镜固定在所述第一旋转反射镜上方；
所述第二旋转反射镜平行于所述第一旋转反射镜；
所述第二旋转反射镜的几何中心与所述第一旋转反射镜的几何中心的连线，与第二旋转反射镜和第一旋转反射镜之间的光束中心线重合。
10.根据权利要求7所述的复杂光学场景空间运动模拟装置，其特征在于，所述第三旋转反射镜和所述第二旋转反射镜之间的光束中心线，与所述第三旋转反射镜呈45°夹角；
所述第三旋转反射镜的几何中心与所述第二旋转反射镜的几何中心的连线，与所述所述第三旋转反射镜和所述所述第二旋转反射镜的光束的中心线重合；
所述第三旋转反射镜的延长线垂直于所述第二旋转反射镜的延长线。
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