[發(fā)明專利]一種紅外定向照射裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710083400.7
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN106650180A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐聰;殷松峰;楊星;陶會鋒;楊華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍電子工程學(xué)院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11390
• 代理人: 胡劍輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于紅外定向照射技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種紅外定向照射裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

紅外定向照射技術(shù)是一種利用光學(xué)元件和系統(tǒng)使紅外輻射光源在特定方向或區(qū)域進(jìn)行紅外照射的技術(shù)，其目的在于將紅外輻射能量約束在一定的空間范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)紅外輻射在某一區(qū)域的特定照射，具有能量利用率高、方向性好等優(yōu)點(diǎn)，在紅外對抗、主動紅外成像、工業(yè)加熱、印染等軍事民用領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

目前關(guān)于紅外定向照射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)被報道得不多，大多是應(yīng)用于民用領(lǐng)域中工業(yè)加熱的遠(yuǎn)紅外定向輻射器，這一類紅外定向照射系統(tǒng)雖實(shí)現(xiàn)了定向，但對光束的準(zhǔn)直性要求不高，其光束出射發(fā)散角很大，往往在幾十度左右。四川綿陽的中國工程物理研究院設(shè)計(jì)的一種寬光譜紅外定向發(fā)射器，實(shí)現(xiàn)了紅外輻射源的定向紅外發(fā)射，但這種設(shè)計(jì)屬于一種自由曲面設(shè)計(jì)，其加工精度要求高、難度大。

為了解決上述問題，這里選擇了一種基于拋物面反射鏡結(jié)構(gòu)的紅外定向照射裝置，并對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，該裝置采用小尺寸熱紅外輻射源作為紅外光源，并采用傳統(tǒng)拋物面反射鏡作為準(zhǔn)直光學(xué)元件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、加工和裝調(diào)技術(shù)難度低等優(yōu)點(diǎn)。

該紅外定向照射裝置設(shè)計(jì)的合理性直接影響系統(tǒng)紅外輻射傳輸效率，這里提出了一種基于BFGS擬牛頓算法的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法可對任意口徑條件下任意尺寸、形狀的紅外輻射源進(jìn)行最佳紅外輻射傳輸效率條件下的紅外定向照射裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)寬光譜、窄光束紅外定向發(fā)射提供了可能，為紅外定向照射技術(shù)的應(yīng)用拓展了方向。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種紅外定向照射裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，所述紅外定向照射裝置包括拋物面反射鏡和紅外輻射源，所述方法包括以下步驟：

(S1)確定拋物面反射鏡的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)，拋物面反射鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括口徑D、焦距f、深度c；

(S2)確定紅外輻射源的尺寸、形狀和紅外輻射類型；

(S3)根據(jù)步驟(S1)和(S2)中確定拋物面反射鏡和紅外輻射源的參數(shù)，建立紅外定向照射裝置仿真模型，其中紅外輻射源在拋物面反射鏡中的初始位置為隨機(jī)選取的一個位置；

(S4)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì):根據(jù)步驟(S3)中建立的仿真模型，對拋物面反射鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)和紅外輻射源的位置參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，具體地：

(S41)將拋物面反射鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)和紅外輻射源的位置參數(shù)作為優(yōu)化變量X(X1，X2)，在焦距f和深度c中任選取一個作為拋物面反射鏡結(jié)構(gòu)優(yōu)化參數(shù)，選擇焦距f或深度c作為優(yōu)化參數(shù)X1；紅外輻射源的位置參數(shù)為紅外光源中心至拋物面反射鏡頂點(diǎn)的距離l，選擇距離l作為優(yōu)化參數(shù)X2；

(S42)通過Matlab軟件將拋物面反射鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)口徑D、焦距f、深度c和紅外光源中心至拋物面反射鏡頂點(diǎn)的距離l傳輸給TracePro軟件；

(S43)在TracePro軟件中利用獲得的參數(shù)數(shù)據(jù)對步驟(S3)中建立的紅外定向照射裝置仿真模型進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)，模型仿真結(jié)果作為輸出變量Y，即目標(biāo)函數(shù)F(X)的結(jié)果，Y＝F(X)，F(xiàn)(X)不具有具體的解析表達(dá)式，其代表一次系統(tǒng)重構(gòu)和光線追跡的仿真過程；

(S44)采用BFGS擬牛頓算法對步驟(S43)構(gòu)建的目標(biāo)函數(shù)F(X)進(jìn)行優(yōu)化，即根據(jù)BFGS擬牛頓算法在初始系統(tǒng)參數(shù)附近產(chǎn)生一組新的系統(tǒng)參數(shù)，再根據(jù)得到新的拋物面反射鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)和紅外輻射源位置參數(shù)，返回步驟(S42)，經(jīng)步驟(S43)輸出仿真結(jié)果，進(jìn)而在系統(tǒng)參數(shù)附近產(chǎn)生一組新的系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)得到新的拋物面反射鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)和紅外輻射源位置參數(shù)，返回步驟(S42)，經(jīng)步驟(S43)輸出仿真結(jié)果；按照此種方式，當(dāng)產(chǎn)生第K次系統(tǒng)參數(shù)時，根據(jù)得到新的拋物面反射鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)和紅外輻射源位置參數(shù)，返回步驟(S42)，經(jīng)步驟(S43)輸出結(jié)果，如果滿足結(jié)束條件則結(jié)束優(yōu)化，同時，輸出最佳紅外傳輸效率條件下系統(tǒng)參數(shù)，否則，優(yōu)化算法將產(chǎn)生一組新的系統(tǒng)參數(shù)，代表優(yōu)化過程中第K+1次拋物面反射鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)和紅外光源的位置參數(shù)，返回步驟(S42)。

較佳地，步驟(S43)的具體過程為：

根據(jù)(S42)獲得拋物面反射鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)和紅外輻射源的位置參數(shù)，TracePro軟件根據(jù)拋物面反射鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)口徑D、焦距f和深度c重構(gòu)裝置的拋物面反射鏡，并根據(jù)紅外輻射源的位置參數(shù)將模型中的紅外輻射源移動到新的位置，從而進(jìn)行光線追跡，得到系統(tǒng)紅外輻射傳輸。

本發(fā)明具有以下有益效果：