半主动激光制导导引头光学系统微型化设计与分析

生 的 光 斑 提 出要 求 ，结 合 像 差 对 光 斑 能 量 分 布 的影响 ，利用Ｚ Ｅ Ｍ Ａ Ｘ Ｊ ￣ ａ Ｊ Ｅ 行 系 统 设 计 。然 后 提 出
若 弹 丸 未 对 准 目标 ， ｛ Ｊ ｉ ４ 个 象 限输 出 的 电 压 幅 值 不 相 等 ，进 而 （ １ ） 、（ ２ ） 式 不 成 立 。利 用 此 偏 差 信 号 驱 动 弹 丸 的 舵 面 做 出 调 整 ，直 至 激 光 光 斑 落 在 探 测 器 中 心 ，此 时 ， 弹 丸 轴 线 正 对 目标 飞行 。 ２ 光 学 系统 设 计 拟 定光 学 系 统 设 计 指 标 为 ： ａ ） 波 长 ：９ ４ ０ ｎ ｍ ； ｂ） 接 收透 镜 通 光 口径 ： ０ １ ０ ｍ ｍ ； ｃ ） 接 收视 场 ２∞： ±２ 。： ｄ） 探测器 ： ４ 。 根 据 系 统 设 计 指 标 ，考 虑 到 国 内 已有 导 主 动 激 光 制 导 武 器 的 探 测 原 理 出发 ， 得 出 了导 引 头 光 学 系 统 应 满 足 的 要 求 。 结 合 现 有 工 艺 和 技 术 设 计 了 一 套微 型 半 主 动 激 光 制 导 光 学 系 统 ， 并 通 过
引 言 激光 半主 动寻 的制 导武 器 （ Ｌ Ｓ Ｓ Ｇ Ｗ Ｓ ） 具 有 制 导 精 度 高 、抗 干 扰 能 力 强 、 结构 简 单 、 成 本
Ｖ 、Ｖ 、Ｖ 的辐 值 应 完全 相 等 ， 这 说 明 弹 丸 正 好 对 准 了 目标 。此 时 有 ：
（ Ｖ Ａ ＋Ｖ Ｂ ） 一（ ｖ （ ＋Ｖ ） ＝Ｏ （ Ｖ ＾ ＋Ｖ 。 ） 一（ Ｖ ＋Ｖ ｃ ） ＝０ （ １ ） （ ２ ）
低 、使 用 方 便 等 优 点 ， 因 而 被 广 泛 应 用 于 武 器 装 备 中 。 激 光 半 主 动 寻 的 制 导 武 器 核 心 器 件 是 激 光 导 引 头 ，导 引 头 由 位 于 前 端 的 光 学 系 统 收 集 激 光 反 射 的 回波 ，利 用 四 象 限探 测 器 作 为 光 电探 测 器 件 进 行 制 导 。 通 常 情 况 下 ， 目标 信 号 经 光 学 系 统 后 在 四 象 限 探 测 器 靶 面 上 形 成 一 定 大小 的光斑 ，通 过分析 光斑覆 盖在 探测器４ 个 不 同 区 域 的 面 积 来 判 断 目标 的方 位 。 鉴 于 激 光半 主 动 寻 的 制 导 方 式 在 导 弹 、 炮 弹 等 大 型 武 器 中 的 成 功 使 用 和 良好 效 果 。 如 何 将 其 小 型 化 ， 并 应 用 在 小 口径 武 器 己成 为 当 今 研 究 的 热 点 。 文 章 根 据 四 象 限 探 测 器 目标 方 位 探 测 的 工 作 原理 ， 对 目标 信 号 经 过 光 学 系 统 产
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半主动 激光制 导导 引头 光学 系统微 型化设计 与分析
中北 大学 刘雪松
ＺＥ ＭＡＸ光 学设 计 软件 进 行 了分 析 和 仿 真 ，实 验 结 果 表 明 ，该 系 统 满 足 各 项 参 量 要 求 ，对 导 引头 小 型 化 的 研 究 具 有 一 定 的 参 考 价 值 。 【关键 词 】 光 学 系 统 设计 ； 半 主 动 寻 的 制 导 ；激 光 导 引 头
头 的结 构 形 式 ，微 型 化 的 导 引头 光 学系 统 采 用 如 图２ 所 示 的 形 式 ， 该 结 构 源 于 卡 塞 格 伦 系 统 将将校 正透 镜变为 整流 罩， 即 做 矫 正 之 用 又 能 承 受 弹 丸 飞 行 高 速 运 动 的 风 阻 。 再 者 ，通 过 在 厚 透 镜 两 侧 镀 反 射 膜 ，减 少 了 反 射 镜 的个 数 ， 简 化 了结 构 的 复 杂 性 ，体 积 小 、 结 构 紧 凑 、 易 于装配，容易满足微型化要求 。 ３ 光 学 系 统 设 计 结 果 与 分 析 ３ ． １ 设 计 结 果 通过Ｚ Ｅ Ｍ Ａ Ｘ 光 学辅 助 设 计 软 件 ， 设 计 了 一
图 ３（ ｂ ）１ 千 米 的 视 场 点 列 图
评 价 设 计 结 果 的 方 法 ， 对 激 光 半 主 动 寻 的制 导 光 学 系 统 的微 型化 设 计 具 有 一 定 的 参 考 作 用 。 １ ． 四象 限探 测 器 原理 四象 限探测器 的原理 如 图１ 所 示 。 目标 反 射 的激 光 信 号 通 过 制 导 武 器 前 端 的 光 学 系 统 在 四象 限探 测 器 表 面 形 成一 个 激 光 光 斑 。
通 过 图３ （ ａ ） 中视场角为０ 。 、１ 。 、１ ． ５ 。 、２ 。 的 像 差 特 性 分 布 曲 线 ， 可 以看 出 通 过 光 学 系 统 所 形 成的弥散斑 中心像差为零 ，远 离弥散斑 中心 的像 差 分 布 曲线 关 于 中 心 对 称 。 调 节 探 测 器 距 离 厚 透 镜 的 距 离 可 以 改 变 弥 散 斑 在 探 测 器 上 的 成 像 直 径 ，根 据 经 验 一 般 取 弥 散 斑 的 直 径 Ｄ 为： Ｄ ＝ Ｒ 。 即光 斑 直 径 为探 测 器 直 径 的 一 半 。 通过 图３ （ ｂ ） 中 视场 角 为 ０ 。 、１ 。 、１ ． ５ 。 、２ 。 的 光 线 点 列 图 ，可 以看 出 通 过 光 学 系 统 所 形 成 的 弥 散 斑 成 像 情 况 。 由此 可 知 ，在 接 收视 场 ２ ６ ０ 为 ２ 。 的时 候 ，该 光 学 系 统满 足 探 测 器 的要 求 。 从 图２ 及 图３ 中 可 以看 出 ， 目标 经 光 学 系 统 所形 成的 弥散斑 半径及 其成像 质量 （ 弥 散 斑 能 量分 布情况 ） 可 以 满 足 激 光 半 主 动 寻 的 制 导 引 头的使用要求 。 ４ ． 结 论 从 导 引 头 的 工 作 机 理 和 结 构 特 点 出发 ， 以 满 足 探 测 器 的 性 能 要 求 为 目标 ， 结 合 已有 导 引 头 光 学 系 统 结 构 ， 设 计 了 一 套 满 足 探 测 器 各 项 参 量 要 求 、 具有 较 高 成 像 质量 的 光 学 系 统 。 同 时 ， 该 系 统 具有 光 学 元 件 少 、 结 构 简 单 、 装 配 容 易 、 体 积 小 等 优 点 。 文 中 的分 析 设 计 结 果 ， 较 好 的 满 足 了拟 定 设 计 要 求 ， 对 今 后 半 主 动 激 光 制 导 导 引头 光 学 系 统 的微 型 化 设 计 具 有 一 定 的参 考 价值 。