[发明专利]一种用于小型化光学成像制导系统的阶跃式扫描成像方法

说明书

技术领域

本发明属于光学制导领域，主要涉及一种用于小型化光学成像制导系统的阶跃式扫描成像方法。

背景技术

光学成像制导以其作用距离远、抗干扰能力强、制导精度高等优点受到世界各国的广泛关注。光学成像制导系统的小型化有利于提高制导武器的机动能力，增大弹头的有效载荷，增强武器的杀伤力，因此成为未来光学制导发展的必然趋势。由于小型化的气动外形使光学系统不可能为获得高性能的像质而增大其体积，限制了光学系统的整体性能指标。同时，由于攻击目标及背景的复杂性，快速搜索目标并对其进行锁定跟踪是非常重要的。因此，如何在导引头的有限空间内设计出大视场、高帧频以及成像质量良好的光学系统对制导技术的发展有着非常重要的意义。

光学成像制导系统的小型化与大视场成像之间的矛盾可以通过扫描的方法来解决，以实现制导系统的大视场范围搜索和小视场跟踪功能。目前现有的光学扫描方法主要利用积分时间很短的探测器或者采用慢速扫描来实现大视场范围的清晰成像。存在的缺点是采用短积分时间的探测器会导致光学系统的探测距离及灵敏度降低，不能充分发挥探测器的探测性能，而采用慢速扫描的方法不能对搜索视场进行快速的扫描成像，无法满足快速搜索目标的需求，因此这两种扫描方法很难达到制导光学系统大视场及高帧频的作战需求。

中国专利公开号CN 102012268 A，公开日2011年4月13日，发明创造的名称为“采用双光楔实现的机载红外扫描观察装置”，该申请案公开了一种采用双光楔实现小型化要求的机载红外扫描观察装置。其不足之处是不具备稳像功能，无法进行快速的目标搜索。中国专利公开号CN 201765386 U，公开日2011年3月16日，发明创造的名称为“折射式光学扫描稳像装置”，该申请案公开了一种利用补偿棱镜的逆向同步旋转来实现稳像的折射式光学扫描系统。其不足之处是由于光学系统中增加了补偿棱镜，致使运动控制系统复杂且难以实现小型化需求。基于以上所述可知，现有技术没能解决小型化光学成像制导系统的大视场快速搜索问题。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种用于小型化光学成像制导系统的阶跃式扫描成像方法，在满足了光学成像制导系统小体积的情况下实现了大视场范围的快速搜索及小视场跟踪功能。

本发明采用的技术方案是：一种用于小型化光学成像制导系统的阶跃式扫描成像方法的光学结构包括前置光学系统2、视场快速切换系统3、角度反馈传感系统4、成像光学系统5、探测器6及控制系统7；前置光学系统2接收搜索视场范围内景物发出的光束，将其准直后投射到视场快速切换系统3上，利用视场快速切换系统3的周期运动带动反射镜8在两个维度上进行摆动，将特定视场范围内的光束反射至成像光学系统5中，成像光学系统5将光束会聚至探测器6的光敏面上生成目标图像，并将目标图像传送至图像处理系统中，控制系统7控制各部分的协调工作，最终完成光学成像；视场快速切换系统3的运动频率为探测器6帧频的                                                ，n为正整数，每个运动周期内反射镜8的法线与光轴的夹角位置变化2n次，其中奇数次位置时成像光学系统5的视场中心对应的视场为不同位置的搜索视场，偶数次位置时成像光学系统5的视场中心对应的视场为同一个跟踪视场，通过角度反馈传感系统4延迟发送同步积分信号完成搜索视场与跟踪视场间的切换。所述的前置光学系统2为一大视场望远光学镜头，其视场范围覆盖整个搜索视场，入瞳与窗口1重合，出瞳在视场快速切换系统3的反射镜8上。所述的成像光学系统5为小视场光学镜头，利用二次成像的方式保证其入瞳与前置光学系统2的出瞳耦合。所述的视场快速切换系统3由反射镜8、凸轮机构9和旋转机构10组成，利用凸轮机构9工作端面轮廓曲线实现反射镜8在两个维度上的摆动，达到视场快速切换的目的；同时保证在探测器6的积分时间内，反射镜8的法线与光轴夹角保持不变，达到光学系统的清晰成像要求。所述的角度反馈传感系统4将反射镜8当前角度偏转状态以代码形式发送至图像处理系统，为图像拼接提供图像位置顺序；同时发送同步积分信号给探测器6，探测器6接收同步积分信号后同步积分成像。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、视场快速切换系统3运动一个周期搜索视场完成一次全视场成像，跟踪视场完成n次成像，其搜索视场图像帧频为探测器6帧频的，跟踪视场图像帧频与探测器6帧频相同，从而实现了大视场范围的快速搜索及小视场范围的高帧频成像跟踪功能；