[发明专利]龙虾眼红外成像制导系统

说明书

技术领域

本发明属于红外探测制导技术领域，具体涉及一种应用龙虾眼型机构的光学系统接受目标的红外辐射能量并能够进行信息传输、处理和控制的龙虾眼红外成像制导系统。

背景技术

伴随红外物理与技术的飞速发展，红外探测技术在军事方面的应用也发生着日新月异的变化。随着图像处理、模式识别、信息处理、控制理论及计算机技术的迅猛发展，20世纪80年代迅速发展的第三代红外制导技术——红外成像制导技术已经成为一种自主式智能精确制导技术。本发明所涉及的龙虾眼红外成像制导系统正式基于仿生光学的红外成像制导技术。

传统的红外探测系统主要由光学接受系统、探测系统、信号处理系统等部分组成。其中红外光学接收系统的作用是将目标区域的红外辐射聚焦在探测器上。但由于传统的光学系统受限于其结构对称于唯一的光轴，致使系统的视场都不大，并随着视场的增加，像质变差。如果采用多机构光学部件或光学系统，如广角镜头可将视场放大至60°～85°，鱼眼镜头的视场可达230°，但结构复杂，成本高，装调困难，重量大，而且受到红外材料性能等因素的限制要是实现全方位的红外探测更加困难。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种全天候的龙虾眼红外成像制导系统，该系统采用龙虾眼透镜为导引头的目标红外辐射的光学采集器，在保证了结构轻便、成本低的基础上，有效的扩大了系统的探测范围。

龙虾眼红外成像制导系统，该系统包括：龙虾眼透镜、非制冷型红外球面探测器、信号处理系统、导引头伺服系统和导弹舱机控信号处理系统；龙虾眼透镜收集目标背景的红外辐射能，并将入射的红外辐射聚焦到非制冷型红外球面探测器上成像；非制冷型红外球面探测器将采集到的红外辐射能信号转化为电信号并将该信号送至信号处理系统，信号的处理系统将完成对传入信号的预处理、目标识别、跟踪信号输出工作，并将信号分别传送给导引头伺服系统和导弹舱机控信号处理系统，导弹舱机控信号处理系统对输入的数字信号进行处理分析，并将反馈信号输出给伺服系统，伺服系统根据反馈的信号对弹体的飞行姿态和速度进行调整，实现精准跟踪。

本发明的有益效果是：

1、龙虾眼透镜系统可以实现全方位视场的红外探测，将其应用在红外成像制导领域能够充分解决传统红外制导系统小视场的问题。

2、龙虾眼透镜的成像原理为反射式，可实现全谱段的接受会聚，有效提高了光谱利用率。

3、龙虾眼透镜采用反射式成像，降低了传统红外成像制导系统中存在的材料对红外辐射吸收的问题，而且使用材料不再局限于传统红外材料。

4、红外龙虾眼透镜的制作成本较低，可实现大规模装载。

5、红外龙虾眼透镜独特的反射式成像原理，使其不仅可以实现全方位视场监测，而且有效第消除了轴外像差以及色差。

6、龙虾眼透镜系统在实现大视场探测的同时，不同方位角内的小视场入射的光线汇聚于像面的不同位置，将其应用在红外成像制导领域能有效提高定位及追踪速度。

以上特点使其在红外成像探测制导领域里具有极其广阔的应用前景，目前尚未见到同类型的红外成像制导系统。

附图说明

图1为龙虾眼红外成像制导系统示意图

图2为龙虾眼透镜成像原理示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，该系统主要由整流罩2、龙虾眼透镜3、非制冷型红外球面探测器4、信号处理系统5、导引头伺服系统6、导弹舱机控信号处理系统7、以及壳体组成。其中，龙虾眼透镜作为实现一系列特殊功能的关键性部件，主要负责收集目标背景的红外辐射能1，并将入射的红外辐射聚焦到所述的非制冷型红外球面探测器4上成像。非制冷型红外球面探测器4将采集到的红外辐射能信号转化为电信号并将该信号送至信号处理系统5，信号的处理系统5将完成对传入信号的预处理、目标识别、跟踪信号输出工作，并将信号分别传送给导引头伺服系统6和导弹舱机控信号处理系统7，导弹舱机控信号处理系统对输入的数字信号进行处理分析，并将反馈信号输出给伺服系统，伺服系统根据反馈的信号对弹体的飞行姿态和速度进行调整，实现精准跟踪。

作为本发明的关键组件，龙虾眼透镜光学系统与一般的光学系统不同，龙虾眼透镜的结构比较特殊。其表面由内壁都指向球心的棱台状通孔分布构成，而且这些棱台的内表面为反射面，当红外辐射能入射到内表面时遵循反射定律。不仅如此，对于龙虾眼透镜视场的概念也区别于传统的光学系统，如图2所示，其中龙虾眼透镜作用球面的曲率中心对物方空间的张角θ为龙虾眼透镜的视场角。并且，龙虾眼透镜的理想成像面不再是一般光学系统的平面，而是以龙虾眼透镜作用球面半径r的一半，即r/2为半径的球面，所以其理想焦距f＝r/2。入射的点红外辐射能将在相互垂直的内壁经过反射，聚焦在焦面上形成十字交线。其中能量主要以弥散斑的形式形成在十字交线的交点处，剩余少部分能量主要分布在十字交线的两臂上。其中弥散斑是由龙虾眼透镜的球差和作用球面两侧的宽纵比所引起的。可通过消球差的方法来改善成像质量，也可以通过控制宽纵比来调节能量的聚焦质量。