飛機共形光學窗口像差和瞄視誤差的靜態(tài)校正技術研究.pdf

1、飛機共形光學窗口不同于傳統(tǒng)的球面或平面窗口，能夠滿足飛機的外形輪廓要求，進而提升飛機的空氣動力學性能，并增強飛機隱身效果，將在未來飛機上發(fā)揮重要作用。但是，共形光學窗口因其特殊面形及常相對其后掃描成像系統(tǒng)傾斜，在光學系統(tǒng)中引入了隨觀察視角變化而改變的動態(tài)像差和動態(tài)瞄視誤差，給共形光學設計帶來了挑戰(zhàn)。共形光學設計難點在于需要同時校正共形光學窗口引入的動態(tài)像差和動態(tài)瞄視誤差。共形光學窗口像差和瞄視誤差的動態(tài)特性使人們更容易想到利用動態(tài)校正途

2、徑實現(xiàn)窗口像差和瞄視誤差校正，如利用動態(tài)校正器校正動態(tài)像差及在控制系統(tǒng)中加入角度補償環(huán)節(jié)校正動態(tài)瞄視誤差。但動態(tài)校正途徑降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增加了系統(tǒng)的復雜程度。靜態(tài)校正途徑是利用靜態(tài)的光學校正元件實現(xiàn)共形光學窗口動態(tài)像差和動態(tài)瞄視誤差校正，其具有簡單，穩(wěn)定和低成本的優(yōu)點。本論文針對目前無有效可行的飛機共形光學窗口像差和瞄視誤差靜態(tài)校正途徑，開展了飛機共形光學窗口像差和瞄視誤差的靜態(tài)校正技術研究，探索了能夠?qū)崿F(xiàn)共形光學窗口動態(tài)像差和動態(tài)

3、瞄視誤差同時校正的靜態(tài)光學途徑。主要內(nèi)容及結果如下：
　　(1)在研究共形窗口光學特征及共形窗口光學系統(tǒng)結構特點的基礎上，建立了共形窗口光學系統(tǒng)模型。研究了澤尼克多項式與像差的關系，并基于澤尼克多項式分析了共形光學窗口的像差特性?；谑噶肯癫罾碚撗芯苛穗x軸光學系統(tǒng)和面對稱光學系統(tǒng)的矢量像差特性，進而分析了共形光學窗口的矢量像差特性。分析結果表明，共形光學窗口引入了大量像散，像散場節(jié)點遠離像面導致像面上全視場范圍內(nèi)像散呈常量分布，但

4、其量值和方向隨觀察視角變化而改變。
　　(2)分析了共形光學窗口引入瞄視誤差的原因，建立了共形窗口光學系統(tǒng)瞄視誤差模型。并根據(jù)該模型對共形光學窗口引入的動態(tài)瞄視誤差進行了計算分析。分析結果表明共形光學窗口引入了可觀的瞄視誤差并且瞄視誤差隨觀察視角增大而增大。提出了用靜態(tài)的傾斜或偏心光學元件實現(xiàn)共形光學窗口動態(tài)瞄視誤差校正。闡明了該靜態(tài)校正途徑的原理，并依據(jù)該原理給出了設計實例。設計結果表明，靜態(tài)的傾斜或偏心光學元件能夠有效地校正共

5、形光學窗口引入的動態(tài)瞄視誤差。并且該靜態(tài)校正途徑也有利于共形光學窗口非對稱像差的校正。
　　(3)提出了用傾斜的非旋轉(zhuǎn)對稱光學元件實現(xiàn)共形光學窗口動態(tài)像差和動態(tài)瞄視誤差校正，并且傾斜的非旋轉(zhuǎn)對稱校正元件固定在共形光學窗口后面，不隨觀察視角變化而改變位置和方位。在研究非旋轉(zhuǎn)對稱面形光學特征的基礎上，針對共形光學窗口引入的主要像差即像散，提出了用傾斜的雙曲率面光學元件實現(xiàn)共形光學窗口動態(tài)像差和動態(tài)瞄視誤差校正。闡明了該靜態(tài)校正途徑的原

6、理，并依據(jù)該原理設計了傾斜的雙曲率面校正元件，實現(xiàn)了共形光學窗口動態(tài)像散和動態(tài)瞄視誤差的同時校正。為了使校正器適用于更為復雜的像差校正，提出了用傾斜的自由曲面光學元件實現(xiàn)共形光學窗口動態(tài)像差和動態(tài)瞄視誤差校正。闡明了該靜態(tài)校正途徑的原理，并依據(jù)該原理設計了傾斜的自由曲面校正元件，使系統(tǒng)在各觀察視角均達到衍射極限像質(zhì)且校正了動態(tài)瞄視誤差。
　　(4)提出了用傾斜偏心的旋轉(zhuǎn)對稱光學元件實現(xiàn)共形光學窗口動態(tài)像差和動態(tài)瞄視誤差校正，并且傾

7、斜偏心的旋轉(zhuǎn)對稱校正元件固定在共形光學窗口后面，不隨觀察視角變化而改變位置和方位。闡明了該靜態(tài)校正途徑的原理并依據(jù)該原理設計了傾斜偏心的旋轉(zhuǎn)對稱校正元件。設計結果表明，傾斜偏心的旋轉(zhuǎn)對稱光學元件能夠同時校正共形光學窗口引入的動態(tài)像差和動態(tài)瞄視誤差。
　　(5)從理論上證明了共形光學窗口內(nèi)表面可以用于校正0°觀察視角共形光學窗口引入的非對稱像差，進而提出了用共形光學窗口內(nèi)表面和傾斜固定校正器實現(xiàn)共形光學窗口動態(tài)像差和動態(tài)瞄視誤差校正