高分辨率红外导引头光学系统小型化设计

精确制导武器具有打击精度高，智能化高，性能优越等特点 ，受 到世界各 国的青睐 。自海 湾战争以来口]，精确制 导武器在战争 中的需求量逐 年增加。红外成像制导技术就是利用红外导引头的成像传感器探测目标的红外辐射，经过信息处理工具将其转换为可见光图像，识别出欲拦截 目标，进行 目标锁定与精确跟踪 ，因其具有全天侯、隐蔽性强、抗干扰能力强等特点，近年来在精确制导领域占有越来越重要的位置。

在精确制导武器中，红外光学系统可分为扫描型和凝视型l2]。扫描型工作方式的特点在于视场覆盖范围大，能进行大范围搜索，但获得信息不连续 。而凝视工作方式不需 要光机扫描装置 ，系统结构更简单，耗电更少，质量会更轻，但瞬时视场-般很校红外制导光学系统不仅需要具有较大的搜索视场，还应具备较高的成像分辨率，但分辨率提高会带来系统焦距和口径增加，使系统体积增大。针对以上矛盾，本文设计出具有较大视收稿 日期 ：2012-12-19； 修回 日期 ：2013-Ol-27作者简介：张爱红(1958-)，女，辽宁金县人，教授，主要从事现代光学技术及航天光学遥感等领域的研究。

E-mail：zahong###hit.edu.cn应用光学 2013，34(4) 张爱红，等：高分辨率红外导引头光学系统小型化设计 ·565 ·场以及高分辨率的凝视红外成像制导光学系统，克服了以往 凝视红外系统瞬 时视 场小 的缺点 ，并且系统分辨率高，质量轻，体积小，既有效提高了制导精度 ，又满足了小型化的需要。

本文设计的红外光学 系统是 以远摄型光组结构为基础 ，利用三片透镜使 系统达 到了大视场 的要求 ，并采用折/衍混合系统进行 消热差设 计 ，成像质量接近衍射极 限，最大弥散斑直径 小于探测器单个像元尺寸 15 m，实现大视场高分辨的成像要求，同时充分考虑了导引头小型化、轻型化的要求。

1 导引头光学系统结构选择对于致冷型的红外成像系统[3 ]，通常有 3种结构形式，即折射-次成像型、折射二次成像型和折反射型。折射二次成像光学系统如图1所示，折射二次成像结构人瞳位于第-片透镜附近，第-片透镜口径即为人瞳直径，使进人系统的杂散光很少，但其总长与焦距的比值远大于 1，系统结构复杂，装调难度大且成本高，-般不适合红外导引头光学系统设计。典型的折反式光学系统原理如图 2所示。折反系统总长与焦距比可以做到远小于 I，但结构复杂且有 中心遮拦 ，能量损失 大且视场比较小，因此不满足红外导引头大视场的要求。

折射-次成像光学系统结构简单 ，质量轻 ，易于装调，通光 口径可以被全部充满 ，而且系统可 以达到较大视场，所以本文选用折射-次成像 的形式。

为使红外系统对弱信号探测时具有较强的抑制杂散光能力，必须考虑出瞳与冷光阑的匹配，保证100 的冷光阑效率 。目前采用 的方式有两种 ：-种是将冷光阑直接作为光学系统的孔径光阑如图3所示 ，这种方式适用于焦距较 短的光学 系统 ；另- 种是采用二次成像 的方式 ，这种方式适 用于焦距较长的光学系统，但透镜片数较多，结构复杂，降低了系统的透过率