双波段共口径成像系统光机设计与分析

李笑天

摘 要：目前我国可见光共口径系统关键技术逐渐成为成像系统光机设计中的重要构成要素。立足于技术研究现状，首先分析了双波段共口径成像系统光机的基本定义与特征，其次对双波段共口径成像系统光机的设计内容进行了介绍，并在最后对于双波段共口径成像系统光机设计与分析的策略进行了补充，希望能够有效提升技术应用水平，确保双波段共口径成像系统光机技术的应用与推广。

关键词：双波段成像系统；设计；分析

引言

可见光与红外相结合是目前光机设计的核心技术，通过该技术能够有效提升系统收集地理信息的效率、准确性。借助于先进的传感器配合图像处理技术，能够实现高分辨率、高精度定位的基本要求，同样也是促进图像融合拼接稳定性的重要途径。立足于现状，为了更好的分析双波段共口径成像系统光机的设计策略，现就其基本特征介绍如下。

一、双波段共口径成像系统光机概述

我国在双波段共口径成像系统的研究方面存在起步晚、技术不成熟等问题。从客观上来看，该技术主要针对红外成像共口径的轻量化、清晰化等方面进行了研究，大多缺乏关键技术的分析以及系统化模拟。在一些个别领域当中，单元技术的研究也存在片面性，这对于我国双波段共口径成像系统的技术设计与光机优化都产生了一定的阻碍。相比于传统的系统光机，双波段共口径成像系统光机具有灵巧性强、支持效率高以及稳定性良好的优势，通过测试实验与成像实验的分析可以有效完成光机设计，整体设计成本不高，适应性良好。

二、双波段共口径成像系统光学设计的主要流程

双波段共口径成像系统光学设计首先需要考虑到透射式结构的可行性，通过反射式结构的特征分析实现对透射式结构进行理论评估或者模拟，这样才能够最大限度的降低系统的体积与重量，满足其在不同条件下的适应性需求。除此之外，在设计过程中，如果采用折返式的结构，那么在内部需要通过一定的棱镜分光技术来实现透射式子系统的构建，更好的接近衍射极限，实现红外双波段、轻量化的模型，更适应同轴成像的技术要求，满足一体化的设计建议。在完成上述设计任务后，需要进行设计参数的选择，笔者提供的技术参数为可视光电视焦距1500mm，选择对角线视场为0.82°。在通光口径的选择方面尽可能保持一致性，可以选择φ250mm的参数，具体的空间布局可以根据实际需要进行适当的调整，以方便后期进行产品升级时进行技术优化与改造，还需要留下一定的可拓展的空间。结合成像点的几何形状与特征来看，对称性良好是确保光学设计的基本要素，而根据能量集中曲线进行设计可以有效提升成像的几何形状对称性，这也是在设计中必不可少的环节之一。最后，对于主反射镜的结构需要结合整体成像质量的需要来进行设计。这是由于该部分对于最终的成像效果的影响最大，需要做好系统布局，提升载荷空间的紧凑性。

三、双波段共口径成像系统光机设计与分析

光学设计的主要內容包括外形设计、机构设计等方面。其中，机构上包括有可见红外固定组、红外调校组件以及控制电路等等，同时也包括实时输出的功能类型。在可见光红外透镜组当中，移动滑槽、固定组、倾角关系都是必须要提前设计好的部分，以此来确保系统的整体稳定性。为了进一步分析双波段共口径成像系统光机的设计优化策略，分别从以下几个方面进行分析：

1.选择材料

根据不同的构件的功能需要与作用类型，现阶段的光机设计中，反射镜都需要选择刚度大、性能稳定以及良好热导率的材料，这部分材料需要兼顾自身稳定性以及支撑结构的膨胀系数线性化，这样才能够确保与各种其他类型的材料相适应。综合考虑到光学器件的应用规格，选择光学元器件时要参考到经济因素、线膨胀系数等主要因素，比如说背板材料可以选择铸造钛合金，而柔性支撑则主要选择铁镍合金，反射镜采用碳化硅即可。这样一来，整个设计环节的材料强度、匹配程度都可以达到一定的标准，更好的完成设计任务。

2.选择支撑方式

支撑方式的选择对于光机设计十分关键，本次研究选取周边、中心以及背部等三种主要支撑方式。其中中心支撑采用了借助于中心环定位的方式，其特征是结构简单、口径较小且适应性强，背部支撑的核心在于可以降低重力对于面形精度的影响，这样就可以通过简单的结构来形成有效的支撑，对于缩减成本并提升材料的整体使用效率具有良好的促进作用。

3.动力学分析

由于该光机的使用工况条件十分恶劣，使用时会受到各种振动环境的影响，所以在进行技术优化升级时，需要考虑到动力载荷的问题，通过降低振动带来的影响可以显著提升成像质量。一般来说，一阶固有频率调整到200Hz以上能够有效提升内框架的连接效率，通过固定约束的方式可以实现主镜组件的动态模拟，这也是实现组件固有频率控制，提升动力学适应性的关键环节。

4.系统传函分析

借助于有限元软件可以对系统进行力热耦合分析，其主要分析的内容是指在一定的工况条件下利用软件进行处理后拟合出的结果。将拟合数据、热力学影响标准输入到光学设计软件中，以此来获得传递函数曲线，对曲线进行观察、分析，就可以得到该系统的力热作用条件下的柔性支撑情况，更好的分析系统的设备适应性与稳定性。

总结

综上所述，根据国内目前生产能力并结合光学设计原理进行双波段共口径成像系统与光机的设计，能够有效扩大光学口径，降低加工成本，实现系统性能的有效提升，同时也能够实现对目标识别距离的要求，更好的满足军事领域的应用以及民用的技术推广。为了分析双波段共口径成像系统光机设计的基本策略，本文也重点从材料选择、支撑方式以及动力学分析等角度进行了阐述，希望可以为技术应用与推广贡献一份力量。

参考文献：

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