CN112558286A - 用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统 - Google Patents

用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统，包括发射望远镜、库德光路、短波光学相机，发射望远镜与库德光路光学连接，库德光路与短波光学相机光学连接；库德光路包括依次光学连接的库德转折镜、库德转折镜、库德转折镜、库德转折镜、库德转折镜和库德转折镜；所述库德光路中的库德转折镜均设置为动态可调节；以及设置有快反镜和精跟踪成像转折镜，所述快反镜、精跟踪成像转折镜均与库德光路光学连接，精跟踪成像转折镜与短波光学相机光学连接等；本发明实现了超远光程实时成像，复杂环境下目标探测成像，提高了稳定性，提高了跟踪精度和光程，且具有系统简单，易于实现，成本低等优点。

Description

用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统
技术领域
本发明涉及光电跟瞄装备光学系统领域，更为具体的，涉及用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统。
背景技术
光束控制与跟踪瞄准装备(简称ATP)是激光武器和多功能激光战车的重要组成部分，其目的是将高能激光经过中继传输光路传输到发射望远镜上，聚焦到远场目标上，对目标实现打击和摧毁。其主要作用是完成高功率激光传输、指向控制、目标识别和跟踪、主动照明、瞄准和打击等功能环节。
现有技术中，光束控制与跟踪瞄准装备的光学系统存在精度低、光路短、稳定性不高、实时性差，且系统笨重，成本高昂等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统，提高了跟踪精度和光程，实现了超远光程实时成像，复杂环境下目标探测成像，提高了稳定性，且系统简单，易于实现，降低了成本等。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统，包括发射望远镜、库德光路、短波光学相机，发射望远镜与库德光路光学连接，库德光路与短波光学相机光学连接；库德光路包括依次光学连接的库德转折镜、库德转折镜、库德转折镜、库德转折镜、库德转折镜和库德转折镜；所述库德光路中的库德转折镜均设置为动态可调节；以及设置有快反镜和精跟踪成像转折镜，所述快反镜、精跟踪成像转折镜均与库德光路光学连接，精跟踪成像转折镜与短波光学相机光学连接。
进一步地，所述发射望远镜包括发射望远主镜和发射望远镜次镜，发射望远主镜与发射望远镜次镜光学连接。
进一步地，所述库德光路中的库德转折镜，能够随光电跟瞄装备的转台转动。
进一步地，所述快反镜、精跟踪成像转折镜均与库德光路光学连接，用于光电跟瞄装备中转台的二级稳定跟踪。
进一步地，所述精跟踪成像转折镜与短波光学相机连接，用于全天时对动态目标的成像，并实现对动态目标的稳定跟踪。
进一步地，所述发射望远镜为大口径发射望远镜，动态目标经过大口径发射望远镜后，通过库德光路动态跟踪后，最后实时动态成像到短波光学相机上。
进一步地，所述短波光学相机包括采用InGaAs短波红外焦平面探测器的短波光学相机。
进一步地，所述库德光路中的库德转折镜，能够跟随转台的运动进行水平和俯仰旋转。
本发明的有益效果是：
本发明实现了超远光程实时探测成像，利用短波相机透过率高的优点实现对复杂环境下目标的探测成像，实现了短波相机与快反镜的二级稳定跟踪控制，消除了振动、温度变化引起的光轴指向变化，提高了跟踪精度和光程，且系统简单，易于实现，降低了成本，即实现了一种大光程、高分辨率、全天候跟踪、高精度跟踪的精跟踪短波光学系统。
本发明实施例中，用在光束控制与跟踪瞄准装备中，作为该装备的光路系统，用于全天时对动态目标的成像，通过设置快反镜等实现二级稳定跟踪，相比现有技术优点在于具备超长光路、全天时跟踪、跟踪精度可以达到5urad，以及具备超高分辨率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明总的光学分布图；
图2是本发明基于ZEMAX的光学成像三维图；
图3是本发明基于ZEMAX的光学成像二维图；
图4是本发明实施的光学系统点列图；
图5是本发明实施的光学系统MTF图；
图中，1-发射望远主镜，2-发射望远镜次镜，3-快反镜，4-库德转折镜，5-库德转折镜，6-库德转折镜，7-库德转折镜，8-库德转折镜，9-库德转折镜，10-精跟踪成像转折镜，11-短波光学相机。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
如图1～5所示，用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统，包括发射望远镜、库德光路、短波光学相机11，发射望远镜与库德光路光学连接，库德光路与短波光学相机11光学连接；库德光路包括依次光学连接的库德转折镜4、库德转折镜5、库德转折镜6、库德转折镜7、库德转折镜8和库德转折镜9；所述库德光路中的库德转折镜均设置为动态可调节；以及设置有快反镜3和精跟踪成像转折镜10，所述快反镜3、精跟踪成像转折镜10均与库德光路光学连接，精跟踪成像转折镜10与短波光学相机11光学连接。
进一步地，所述发射望远镜包括发射望远主镜1和发射望远镜次镜2，发射望远主镜1与发射望远镜次镜2光学连接。
进一步地，所述库德光路中的库德转折镜，能够随光电跟瞄装备的转台转动。
进一步地，所述快反镜3、精跟踪成像转折镜10均与库德光路光学连接，用于光电跟瞄装备中转台的二级稳定跟踪。
进一步地，所述精跟踪成像转折镜10与短波光学相机11连接，用于全天时对动态目标的成像，并实现对动态目标的稳定跟踪。
进一步地，所述发射望远镜为大口径发射望远镜，动态目标经过大口径发射望远镜后，通过库德光路动态跟踪后，最后实时动态成像到短波光学相机11上。
进一步地，所述短波光学相机11包括采用InGaAs短波红外焦平面探测器的短波光学相机。
进一步地，所述库德光路中的库德转折镜，能够跟随转台的运动进行水平和俯仰旋转。
在本发明的其他实施例中，如图1～5所示，用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程精跟踪短波光学系统，包括发射望远镜、快反镜、库德光路、精跟踪短波成像光学系统，精跟踪短波成像光学系统里设置有短波光学相机11、快反镜3等。
在本发明的其他实施例中，离轴发射望远镜安装在光电跟瞄装备的转台上，目标的初级跟踪可以通过初跟踪探测相机和转台实现，初跟踪到目标后导入到精跟踪短波成像光学系统，对目标成像，通过图像处理实现稳定的脱靶量，脱靶量则控制快反镜实现对目标的稳定指向控制。
本实施例在初跟踪目标后，将目标的信息导入到精跟踪短波成像光学系统的精跟踪探测器上，精跟踪探测的成像光路可以为，离轴发射望远主镜1、发射望远次2、快反镜3、库德光路、短波光学相机11，短波光学相机11中的探测器可以采用非制冷的InGaAs红外探测器，分辨率为640mm×532mm，像元大小为15um。
表1为本发明实施的光学系统数据图，从表1中可知，成像光路的材料选用ZF72A、PK62、ZF75、SILICA来校光学系统的色差和二级光谱，其中二级光谱则利用了材料的相对色散系数接近，色散系统较大的特点来同时校正光学系统的色散和二级光谱。
表1光学系统光学参数
Figure BDA0002838528550000051
Figure BDA0002838528550000061
从图4、5可知，本实施例光学系统的光斑点列图都在光学系统的衍射极限艾里斑内，MTF曲线靠近衍射极限。
该光学系统的其他参数为孔径光阑在离轴主镜上，系统的焦距为8500mm，F数为10.7，波段为1um到1.7um，空间分辨率1.76ruad。
在本发明的实施例中，公开了一种基于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程精跟踪短波光学设计，该光学系统主要用于全天时对动态目标的成像，并通过快反镜可以实现二级稳定跟踪。该光学系统具有较高的分辨率，孔径光阑在离轴主镜上，系统的焦距为8500mm，F数为10.7，系统采用640×532的InGaAs短波红外焦平面探测器，像元分辨率为15um。本发明的主要特点在于超长光路、超高分辨率、全天时跟踪、跟踪精度可以达到5urad。
用在光束控制与跟踪瞄准装备中，作为该装备的光路系统，基于多种作战应用环境，实现对目标的全天候探测、识别和跟踪，特别针对晚上跟踪目标，现有的红外探测器的帧频不能满足光电跟瞄设备的跟踪精度，可见光的相机晚上看不见，因此进一步的实施例可通过采用激光的方式，对远距离的目标进行主动照明，通过短波相机实现对远距离的目标进行跟踪。短波相机需要通过离轴的发射望远镜等，实现了一种大光程、大口径、高分辨率、全天候跟踪、高精度跟踪的精跟踪光学成像系统。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
本发明实施例的光学系统，入瞳孔径为800mm，焦距为8500mm，具有高的光学系统分辨率，具备能够探测超远距离的目标。
在本发明的其他实施例中，用于光束控制与跟踪瞄准装备，基于多种作战应用环境，为了实现对目标的全天候探测、识别和跟踪，特别针对晚上跟踪目标，现有的红外探测器的帧频不能满足光电跟瞄设备的跟踪精度，可见光的相机晚上看不见，因此可结合激光的方式对远距离的目标进行主动照明，通过短波相机实现对远距离的目标进行跟踪。短波相机通过离轴的发射望远镜，提供了一种大光程、大口径、高分辨率、全天候跟踪、高精度跟踪的精跟踪光学成像系统。
晚上目标靠近的时候，通过光电跟瞄转台实现对目标的初跟踪，精跟踪可见光的相机则探测不到任何图像，本发明则利用激光主动照明的方式，通过库德光路实现对目标的定位和跟踪，通过导光的形式利用短波相机实现对目标的精确跟踪，输出的脱靶量信息反馈给快反镜，从而实现对目标的高精度跟踪。
本发明功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，在一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)以及相应的软件中执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，进行测试或者实际的数据在程序实现中存在于只读存储器(Random Access Memory，RAM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。

Claims (8)

1.用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统，其特征在于，包括发射望远镜、库德光路、短波光学相机(11)，发射望远镜与库德光路光学连接，库德光路与短波光学相机(11)光学连接；库德光路包括依次光学连接的库德转折镜(4)、库德转折镜(5)、库德转折镜(6)、库德转折镜(7)、库德转折镜(8)和库德转折镜(9)；所述库德光路中的库德转折镜能够随着水平电机、俯仰电机旋转；以及设置有快反镜(3)和精跟踪成像转折镜(10)，所述快反镜(3)、精跟踪成像转折镜(10)均与库德光路光学连接，精跟踪成像转折镜(10)与短波光学相机(11)光学连接。
2.根据权利要求1所述的用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统，其特征在于，所述发射望远镜包括发射望远主镜(1)和发射望远镜次镜(2)，发射望远主镜(1)与发射望远镜次镜(2)光学连接。
3.根据权利要求1所述的用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统，其特征在于，所述库德光路中的库德转折镜，能够随光电跟瞄装备的转台转动。
4.根据权利要求1所述的用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统，其特征在于，所述快反镜(3)、精跟踪成像转折镜(10)均与库德光路光学连接，用于光电跟瞄装备中转台的二级稳定跟踪。
5.根据权利要求1所述的用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统，其特征在于，所述精跟踪成像转折镜(10)与短波光学相机(11)连接，用于全天时对动态目标的成像，并实现对动态目标的稳定跟踪。
6.根据权利要求1或2所述的用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统，其特征在于，所述发射望远镜为大口径发射望远镜，动态目标经过大口径发射望远镜后，通过库德光路动态跟踪后，最后实时动态成像到短波光学相机(11)上。
7.根据权利要求1所述的用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统，其特征在于，所述短波光学相机(11)包括采用InGaAs短波红外焦平面探测器的短波光学相机。
8.根据权利要求3所述的用于光电跟瞄装备的大口径动态调光大光程短波光学系统，其特征在于，所述库德光路中的库德转折镜，能够跟随转台的运动进行水平和俯仰旋转。
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