本發(fā)明專利技術涉及具有大觀測視場的任意兩維指向系統(tǒng)前置遮光罩設計方法，包括以下步驟：根據(jù)光學系統(tǒng)光學視場和通光口徑確定兩維指向鏡不轉動時入射光束的截面曲線；求解兩維指向鏡旋轉過程中入射光束零視場光線的矢量坐標；根據(jù)入射光軸關于兩維指向鏡繞其兩轉軸旋轉角度的函數(shù)關系，確定入射光軸端點形成的輪廓曲線；然后利用入射光軸端點形成的輪廓曲線方程，求解兩維指向鏡旋轉過程中入射光束截面曲線的外包絡曲線方程；根據(jù)在兩個不同入射光束截面上所得的外包絡曲線，利用光線的直線傳播原理，構建兩維指向鏡旋轉過程中入射光束的外包絡面。此方法主要通過矢量理論推導建立曲線方程，普遍適用于各種一維掃描系統(tǒng)和兩維指向系統(tǒng)的前置遮光罩設計。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及。
技術介紹
隨著空間探測方法和探測器水平的大幅度提高，用于空間探測的光學系統(tǒng)，尤其 是紅外光學系統(tǒng)，探測的低對比度目標信號越來越微弱，對視場外雜光抑制水平的要求也 愈加嚴格。傳統(tǒng)的遮光罩設計主要是以遮擋葉來對雜散光進行吸收消除，由于這種設計的 遮擋葉數(shù)目較多，光線的散射方向都是不確定的，以致消光效果變得不是很理想，且由這種 方案設計出的遮光罩尺寸都較大，制造成本也很高。可見，原有的遮光罩設計方案已不能滿 足空間光學探測系統(tǒng)的發(fā)展要求，迫切需要一套能有效抑制系統(tǒng)雜光、且加工制造簡便的 遮光罩最佳尺寸的設計方法。在遮光罩的設計中關鍵是要確定出垂直于零視場主光線方向 既不遮擋有效視場內(nèi)的目標光束，又尺寸最小的遮光罩截面形狀。傳統(tǒng)方法是通過光線追跡確定遮光罩的大致形狀，然后采用tracepix)等雜散光 分析軟件檢驗。這樣的設計結果往往不能準確的獲得最小的入射光束包絡面，所以設計都 有一定的冗余，不能獲得最佳的遮光罩尺寸。國家專利技術專利ZL200710172698. 5(—種帶有指向鏡大視場光學系統(tǒng)遮光罩的設計 方法)中，提出了一種獲得遮光罩最佳尺寸的方法。該專利中的方法主要通過指向鏡法線方 向來確定系統(tǒng)零視場入射光線(入射光軸)的位置，獲得系統(tǒng)入射光束的包絡面，從而提取 出最佳遮光罩的尺寸參數(shù)。這一方法只適用于一維掃描系統(tǒng)，或是掃描過程系統(tǒng)零視場入 射光線(入射光軸)的入射面和入射角兩者中只有一個發(fā)生變化的兩維指向系統(tǒng)(在這樣的 系統(tǒng)中系統(tǒng)入射光軸與指向鏡法線方向存在簡單幾何關系)，這就要求兩維指向系統(tǒng)的轉 軸只能是光學系統(tǒng)光軸和垂直于系統(tǒng)零視場入射光線入射面的軸線。可見現(xiàn)有的前置遮光罩的設計方法，并不能適應目前普遍采用的帶兩維指向鏡的 光學系統(tǒng)，所以迫切需求一種更有效且廣泛適用的前置遮光罩設計方法。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術要解決的技術問題在于針對現(xiàn)有前置遮光罩設計方法在兩維指向系統(tǒng)中 的局限性，提出一種，該方法為 兩維指向系統(tǒng)提供既能遮擋視場外雜散光，同時通光尺寸又最小的最優(yōu)化的前置遮光罩； 而且為設計出的遮光罩提供了曲線方程，便于加工制造；解決了空間光學系統(tǒng)雜散光抑制 的一個關鍵問題。為解決以上技術問題，本專利技術提供以下技術方案具有大觀測視場的任意兩維指 向系統(tǒng)前置遮光罩設計方法，其特征在于，包括以下步驟根據(jù)光學系統(tǒng)視場和通光口徑在入射光束上選取兩個截面，并求解兩維指向鏡不 轉動時入射光束在這兩個截面上的截面曲線參數(shù)；利用光學反射矢量和矢量旋轉的基本理論，求解兩維指向鏡旋轉過程中，入射光束零視場光線(入射光軸)的矢量坐標；根據(jù)入射光軸關于兩維指向鏡繞其兩轉軸旋轉角度的函數(shù)關系，確定入射光軸端點形成的輪廓曲線；然后利用入射光軸端點形成的輪廓曲線方程，求解兩維指向鏡旋轉過程中，入射光束截面曲線的外包絡曲線方程；根據(jù)在兩個不同入射光束截面上所得的外包絡曲線，利用光線的直線傳播原理， 構建兩維指向鏡旋轉過程中，入射光束的外包絡面，此面即為滿足尺寸最小的最佳前置遮光罩的內(nèi)壁；根據(jù)總體系統(tǒng)設計要求的前置遮光罩位置和長度參數(shù)L和M，從上面求得的最佳前置遮光罩內(nèi)壁上截取需要的部分。進一步的，利用光學反射矢量和矢量旋轉的基本理論，求解入射光軸的方向矢量方程，其步驟具體包括求解反射鏡對入射矢量的反射作用矩陣權利要求1.，其特征在于，包括以下步驟根據(jù)光學系統(tǒng)視場和通光口徑在入射光束上選取兩個截面，并求解兩維指向鏡不轉動時入射光束在這兩個截面上的截面曲線參數(shù)；利用光學反射矢量和矢量旋轉的基本理論，求解兩維指向鏡旋轉過程中，入射光束零視場光線(入射光軸)的矢量坐標；根據(jù)入射光軸關于兩維指向鏡繞其兩轉軸旋轉角度的函數(shù)關系，確定入射光軸端點形成的輪廓曲線；然后利用入射光軸端點形成的輪廓曲線方程，求解兩維指向鏡旋轉過程中，入射光束截面曲線的外包絡曲線方程；根據(jù)在兩個不同入射光束截面上所得的外包絡曲線，利用光線的直線傳播原理，構建兩維指向鏡旋轉過程中，入射光束的外包絡面，此面即為滿足尺寸最小的最佳前置遮光罩的內(nèi)壁；根據(jù)總體系統(tǒng)設計要求的前置遮光罩位置和長度參數(shù)L和M，從上面求得的最佳前置遮光罩內(nèi)壁上截取需要的部分。2.根據(jù)權利要求1所述的， 其特征在于利用光學反射矢量和矢量旋轉的基本理論，求解入射光軸的方向矢量方程，其步驟具體包括求解反射鏡對入射矢量的反射作用矩陣3.根據(jù)權利要求1所述的， 其特征在于在零視場入射光束上距離反射鏡I處取一截面，設截得的光束直徑為Φ，指向鏡繞兩轉軸的轉角α和β取值分別為-α_< a ( a _和-β _彡β ( 則在指向鏡繞轉軸旋轉α和β角的過程中，截面上的光束圓曲線Φ形成的外包絡線在4個象限內(nèi)是對稱的，且其在一個象限內(nèi)的部分(1/4)可分為如下三段，分別用對應的公式求取弟一段包絡線ct = ctmax，OS β〈 3 _此時，入射光束光軸在該截面上的形成的曲線為AB，利用權利要求2的方法計算其矢量表達式為1.聲，則入射光束的圓曲線Φ上到曲線AB距離最大的點i可以表示為—* Φ ~ —>R 二上式中，5 =丄rV__是兩維指向鏡繞其兩轉軸轉動的角度α和βν αβ r0 =vQxP',~p'的函數(shù)，利用權利要求2的方法計算；弟一段包絡線a = Q max β = β max(II P')-P’ =0圓曲線與入射光軸垂直<R-1P'=Φ>2圓曲線直徑為Φ第三段包絡線β ==β ,O^o max，w 、-'<α max—· (I) —_· —*ι< = -·η, + ·Ρ'上式中= ^·η__是兩維指向鏡繞其兩轉軸轉動的角度α和β的函數(shù)；通過計算第一段包絡線和第二段包絡線的交點Ε，第三段包絡線和第二段包絡線的交點F，可以最終確定出第二段包絡線的EF曲線段。4.根據(jù)權利要求1所述的， 其特征在于通過理論計算設計出了最佳遮光罩的內(nèi)壁的界面曲線方程，然后可以通過三維建模軟件很方便的構建出此內(nèi)壁結構，在利用三維建模方法截取系統(tǒng)總體設計所需要的那部分遮光罩，即可獲得滿足實際系統(tǒng)總體設計要求且遮擋雜散光效果最好的前置遮光罩。全文摘要本專利技術涉及，包括以下步驟根據(jù)光學系統(tǒng)光學視場和通光口徑確定兩維指向鏡不轉動時入射光束的截面曲線；求解兩維指向鏡旋轉過程中入射光束零視場光線的矢量坐標；根據(jù)入射光軸關于兩維指向鏡繞其兩轉軸旋轉角度的函數(shù)關系，確定入射光軸端點形成的輪廓曲線；然后利用入射光軸端點形成的輪廓曲線方程，求解兩維指向鏡旋轉過程中入射光束截面曲線的外包絡曲線方程；根據(jù)在兩個不同入射光束截面上所得的外包絡曲線，利用光線的直線傳播原理，構建兩維指向鏡旋轉過程中入射光束的外包絡面。此方法主要通過矢量理論推導建立曲線方程，普遍適用于各種一維掃描系統(tǒng)和兩維指向系統(tǒng)的前置遮光罩設計。文檔編號G02B23/16GK102998796SQ20121054967公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權日2012年12月17日專利技術者劉輝, 閆世強, 許松, 胡磊, 王成良, 裴云天, 李興隆 申請人:中國人民解放軍空軍預警學院本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
具有大觀測視場的任意兩維指向系統(tǒng)前置遮光罩設計方法，其特征在于，包括以下步驟：根據(jù)光學系統(tǒng)視場和通光口徑在入射光束上選取兩個截面，并求解兩維指向鏡不轉動時入射光束在這兩個截面上的截面曲線參數(shù)；利用光學反射矢量和矢量旋轉的基本理論，求解兩維指向鏡旋轉過程中，入射光束零視場光線（入射光軸）的矢量坐標；根據(jù)入射光軸關于兩維指向鏡繞其兩轉軸旋轉角度的函數(shù)關系，確定入射光軸端點形成的輪廓曲線；然后利用入射光軸端點形成的輪廓曲線方程，求解兩維指向鏡旋轉過程中，入射光束截面曲線的外包絡曲線方程；根據(jù)在兩個不同入射光束截面上所得的外包絡曲線，利用光線的直線傳播原理，構建兩維指向鏡旋轉過程中，入射光束的外包絡面，此面即為滿足尺寸最小的最佳前置遮光罩的內(nèi)壁；根據(jù)總體系統(tǒng)設計要求的前置遮光罩位置和長度參數(shù)L和M，從上面求得的最佳前置遮光罩內(nèi)壁上截取需要的部分。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：劉輝，閆世強，許松，胡磊，王成良，裴云天，李興隆，
申請(專利權)人：中國人民解放軍空軍預警學院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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