红外目标模拟器光学耦合技术研究

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半实物仿真装置主要用来测试导引头的跟踪能力,用室内仿真的方法代替室外的外场打靶实验。红外目标/干扰成像模拟器是半实物仿真装置中的一个重要组成部分。随着导弹技术的发展,红外仿真装置的结构也发生着相应的变化。现在的红外目标模拟器不仅要能模拟目标的特性,还要能模拟多个干扰的特性,这些干扰往往是利用光学方法独立生成的,各个独立源最终要复合后再提供给导引头接收,要使所有模拟的干扰弹和目标都能同时进入并充满导引头的入瞳,这就涉及到多个干扰光束的耦合扩束投影问题。根据总体方案设计,由于电阻阵的温度比较低,这就要降低干扰光路的透过率来保证目标光路的能量,而对于复合投影的方法又有新的问题产生:光路中有两个孔径光栏,导致了前面光学系统出射的光束不能充满后续光学系统的口径。所以为了保证导引头跟踪目标的真实性,光路中既要将多个干扰耦合在一起,又要实现扩束来保证光束能够充满后续光学系统的口径,还要满足光路中的能量要求。本文研究了红外目标模拟器中的光学耦合技术,并分析了不同因素对耦合效果和能量利用率的影响,主要研究内容包括以下三个部分:  (1)介绍了红外目标/干扰成像模拟器系统的基本组成。其中的关键技术是要将四个干扰光路的细光束耦合扩束成一个宽光束,再供导引头接收。本文列举了四种耦合扩束元件,即网纹镜、红外传像光缆、光散射元件和微透镜阵列。并对它们的耦合扩束原理做了具体的分析。根据红外目标模拟器的外形尺寸,仿真精度和耦合扩束系统能量利用率0.15h>的要求,分析论证了选择用微透镜阵列作为红外目标/干扰成像模拟器的耦合元件。  (2)研究了光束经过微透镜后的光线分布和能量利用率。根据使用要求设计微透镜的耦合扩束模型,初步确定了微透镜的口径( D=20μm),焦距(28μmf=微)等参数。将微透镜的参数代入到光学设计软件中,按照能量利用率为最高的要求优化了微透镜的参数,优化后的微透镜口径为D=20μm,焦距为37μmf=微,使得中心视场的能量利用率为h=0.73,边缘视场的能量利用率分别为h=0.488和h=0.171,均满足了的能量利用率的要求(0.15h>)。本文还对微透镜的曲率半径R、基底厚度L及基底厚度的加工误差、使用环境温度和光斑落在微透镜的不同位置时对能量利用率的影响做了具体的分析,保证了上述因素对能量利用率的影响误差都在0.1以内。  (3)针对国内现有成熟的技术,拟采用光刻胶热熔法来加工微透镜,并且详细论述了光刻胶热熔法加工过程。计算了光刻胶热熔法制作微透镜时的加工参数,并分析了光刻胶厚度H和球冠高度h对涂胶和刻蚀这两个工艺过程的精度的影响,保证了本文所需微透镜的加工参数及加工误差对系统能量利用率无不良影响。  通过研究证明微透镜作为红外目标模拟器中的光学耦合元件在原理和加工技术上都是可行的,所得的结果可以用于后续研究微透镜阵列能量分布的研究工作中。
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