[发明专利]气动光学效应模拟系统

说明书

技术领域

本发明属于红外光学系统设计领域，涉及一种模拟气动光学效应的系统。

背景技术

对于空中高速飞行的飞行器，由于大气的存在，使飞行器侧窗接收到的目标像发生偏移，影响了高速飞行器对目标的探测、跟踪与识别能力，这种大气的影响，即为气动光学效应。

与一般红外成像探测探测系统不同的是，高速飞行的红外探测系统面临着严重的气动光学效应的干扰，分析和研究气动光学效应并采用合适的校正方法是当前高速飞行的红外成像探测系统需要研究的关键技术之一。只有准确的仿真出气动光学效应的影响，才能为以后红外成像探测系统的气动光学效应的校正提供充足的理论依据。

要准确的模拟出气动光学效应的影响，单单靠理论计算和计算机仿真方法很难进行，因此必须用实际的光学系统进行。  

发明内容

本发明的目的是提供一种气动光学效应模拟系统，应用本系统可以仿真出气动光学效应的影响，为以后气动光学效应的消除做好准备。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种气动光学效应模拟系统，由黑体目标源、准直系统、分光镜、可变形镜、扩束系统构成，黑体目标源发出的红外光波经过准直系统准直后入射到分光镜上，由分光镜反射后进入可变形镜，经可变形镜反射后光波再次经过分光镜，经分光镜透射后进入扩束系统，经扩束系统扩束后充满被测系统入瞳。

上述系统中，黑体目标源用于产生不同温度下的红外辐射目标，并放在准直系统的物方焦点上。

上述系统中，准直系统用于将红外目标准直为无穷远目标，即将黑体目标源发出的红外光波变换成平面光波，便于后续波面的变形做出分析。

上述系统中，使用分光镜进行分光，可以使光经过可变形镜反射后的通光口径没有损失，所述分光镜与光轴方向成45°放置。

上述系统中，可变形镜位于准直系统的出瞳位置，垂直于光轴放置，入射到可变形镜的平面光波，由于可变形镜的表面变形，在平面光波上附加了波前畸变，因此经过可变形镜反射后的光波波前产生了失真，这种影响可以很好的模拟气动光学效应对光学系统产生的影响。

上述系统中，由于可变形镜口径一般在几十毫米左右，产生的失真波前要经过扩束、准直后才能充满被测系统的入瞳，被测系统接收的波前失真的红外目标图像像质将发生退化，通过评价图像退化（如模糊、偏移和抖动等）程度，完成对气动光学效应的模拟。可变形镜产生的畸变波前不能充满被测系统入瞳，需对可变形镜反射的基本波前进行扩束。

上述系统中，扩束系统为一倒置的望远系统，为实现光瞳衔接，被测系统入瞳位于望远系统入瞳处，可变形镜位于望远系统出瞳处。

上述系统中，被可变形镜反射后的产生了波前变形的光波透过分光镜进入扩束系统扩束，充满被测系统入瞳。

红外成像是基于目标与背景的辐射度不同。大气对红外辐射的吸收，主要有三个重要的大气窗口，分别是1-3μm的短波红外，3-5μm的中波红外和8-12μm的长波红外。高温黑体在中波红外3-5μm的辐射值较大，常温黑体在长波红外8-12μm的辐射值较大，所以本系统采用3-5μm和8-12μm的双波段入射光源进行设计。

本发明提供的气动光学效应模拟系统是为仿真验证被测系统侧窗气动光学效应而研制的，其核心器件为可变形镜，用于模拟气动光学效应产生的入射光波波前畸变，进而获得不同气动光学效应下目标像的偏移特性、抖动特性和模糊状态。

本发明具有如下优点：

1、能够产生附加失真波前的中波和长波红外目标；

2、能够产生不同大小、不同形状的中波和长波红外目标；

3、能够产生高频的中波和长波红外目标；

4、失真目标口径及视场覆盖被测光学系统。

附图说明

图1为气动光学效应模拟系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图1所示，本发明提供的用于模拟气动光学效应系统由黑体目标源1、准直系统2、分光镜3、可变形镜4和扩束系统5构成。黑体目标源1放在准直系统2的焦点上，由黑体目标源1发出的球面红外光波经过准直系统2准直为平面光波，然后入射到与光轴方向成45°放置的分光镜3上，由分光镜3反射后到达可变形镜4表面，可变形镜4位于准直系统2的出瞳上，同时也是倒置望远系统的出瞳上，目的是为了光瞳衔接。由于可变形镜3的镜面变形，使从可变形镜3反射出来的出射光波产生了波前变形，模拟出了气动光学效应对入射到光学系统的光产生的影响。由于可变形镜3的口径一般比较小，所以要经过扩束系统4扩束。光波再次经过分光镜3，透射出去进入扩束系统4扩束后，最终充满被测系统6的入瞳。