面对现代高技术精确制导武器装备的快速发展及应用需求,本文针对一种新型巡飞弹用红外成像制导系统的关键技术开展研究。目的是通过对该系统的性能指标设计方法、弹体姿态运动对红外图像的影响规律、瞬态指向误差建模与分析以及红外成像系统的小型化设计等关键技术的研究,为设计开发具有低成本、小型化、高可靠性和高跟踪精度的红外成像制导系统及其巡飞弹奠定基础。论文的研究工作主要包括以下几方面内容:一、概述了国内外巡飞弹和红外成像制导系统的发展现状,指出现有巡飞弹存在需弹射起飞且无法凝视目标的问题;为解决上述问题,提出了一种新型红外成像制导的巡飞弹结构,通过独特的多旋翼配置使其既能够自主起降与悬停,又克服了现有多旋翼飞行机器人存在的偏航能力弱的共性问题;然后,对红外成像制导系统的指标设计、红外成像系统的小型化以及指向精度的研究现状开展了详细的论述。二、研究了红外成像制导系统主要性能指标的设计方法。结合比例导引法分析了红外成像制导系统的工作原理和功能需求,提出了以光学系统和惯性稳定平台为核心的两大类九项主要技术指标的分类方法;结合大气衰减特性和远距离目标的红外辐射特性给出了焦距、通光孔径以及视场的指标设计方法;以搜索盲区、像移变化、最大视线角速度和跟踪算法的实时性等为约束条件,获得了搜索速度、稳定精度、最大跟踪速度和角跟踪精度指标的具体设计方法。三、研究弹体姿态运动对红外成像系统的影响。基于几何光学原理建立了弹体姿态运动与探测器像移变化的关系表达式;确定了弹体姿态运动对像移的影响规律;然后以空间分辨率、温度分辨率、调制传递函数(MTF)和美国国家图像质量分级标准(NIIRS)为评价体系,给出满足成像制导系统的稳定精度的约束条件。四、研究了瞬态指向精度的理论模型及原始误差问题。从系统结构入手提出了视线角速率误差的理论分析模型。根据伺服回路特征阐述了视线角速率提取策略,采用坐标变换法推导了视线角速率测量方程,采用微分法获得误差表达式。指出影响视线角速度精度的主要因素是陀螺误差、坐标变换中引入的测角误差和机械加工和装配误差;根据控制系统传递函数关系,确定各影响因素的误差计算方法。针对一台样机进行了误差分析与测试,结果表明,建立的理论模型能够较准确预测视线角速率误差,可有效指导关键器件选型和精度分配。通过合理设计,视线角速度小于6°/s和1.5°/s时,精度能够达到0.28°/s和0.1°/s。五、为满足制导系统轻量化、小型化的应用需求,开展了大相对口径、紧凑型红外成像系统的设计方法研究。在对比分析现有光学系统的结构及特点基础上,仅使用两片式摄远结构,采用普通铝合金作为镜筒材料,通过光学材料热光特性与光机材料膨胀系数的匹配,实现了焦距90mm,F数为1.2的长波红外红外成像制导系统的光学系统无热化设计;镜头的光学总长仅为74mm,重量234g。完成了光机热集成分析,开展了温度适应性试验。结果表明,镜头在-40℃~60℃温度范围内保持清晰成像,有利于红外成像制导系统的轻量化和小型化设计。六、制作了红外成像制导系统样机,开展实验。