[發明專利]具有大觀測視場的任意兩維指向系統前置遮光罩設計方法

無效

• 申請號: 201210549675.2
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN102998796A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B23/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鄧寅杰

技術領域

本發明涉及具有大觀測視場的任意兩維指向系統前置遮光罩設計方法。

背景技術

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，尤其是紅外光學系統，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的發展要求，迫切需要一套能有效抑制系統雜光、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的目標光束，又尺寸最小的遮光罩截面形狀。

傳統方法是通過光線追跡確定遮光罩的大致形狀，然后采用tracepro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。

國家發明專利ZL200710172698.5（一種帶有指向鏡大視場光學系統遮光罩的設計方法）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零視場入射光線（入射光軸）的位置，獲得系統入射光束的包絡面，從而提取出最佳遮光罩的尺寸參數。這一方法只適用于一維掃描系統，或是掃描過程系統零視場入射光線（入射光軸）的入射面和入射角兩者中只有一個發生變化的兩維指向系統（在這樣的系統中系統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的轉軸只能是光學系統光軸和垂直于系統零視場入射光線入射面的軸線。

可見現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，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。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于：針對現有前置遮光罩設計方法在兩維指向系統中的局限性，提出一種具有大觀測視場的任意兩維指向系統前置遮光罩設計方法，該方法為兩維指向系統提供既能遮擋視場外雜散光，同時通光尺寸又最小的最優化的前置遮光罩；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雜散光抑制的一個關鍵問題。

為解決以上技術問題，本發明提供以下技術方案：具有大觀測視場的任意兩維指向系統前置遮光罩設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

根據光學系統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；

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；

根據入射光軸關于兩維指向鏡繞其兩轉軸旋轉角度的函數關系，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壁；

根據總體系統設計要求的前置遮光罩位置和長度參數L和M，從上面求得的最佳前置遮光罩內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：