導讀

信息化條件下的戰爭，使精確制導武器成為實施毀滅性打擊的重要手段。精確制導武器的打擊精度主要依賴導引頭的制導技術。隨著精確制導武器的對抗層次越來越多，對抗手段越來越復雜，在多變的現代戰場環境中，單一模式的制導很難滿足精確打擊的需要，所以多模復合制導光學系統得到了飛速發展。紅外/激光雙模復合制導技術是世界各國研究的重點，它能實現光電互補，從而克服各自的不足，又綜合利用了二者的優點。紅外成像系統主要用于探測場景，排除各種輕重誘餌的干擾，識別出欲攔截目標。激光雷達發射激光束照亮所選目標，反射回的激光會聚到探測器上以提取頻譜幅度、相位等多種信息。將這兩種傳感器提供的多種信息經過信息融合處理可準確識別目標。

近日，中國電子科技集團公司第二十七研究所謝亞峰團隊在《紅外與激光工程》發表“激光/紅外雙模環形孔徑導引頭光學系統設計”一文，文中介紹了該團隊為了實現激光/紅外雙模導引頭成像系統的小型化，簡化光學系統結構，設計了四次反射的雙模共光路環形孔徑超薄成像系統，實現了僅有單一光學元件的長波紅外7.7~9.5μm和激光1.064μm雙模導引頭成像系統。

1 雙模共光路環形孔徑超薄成像系統的設計原理

環形孔徑超薄成像系統僅由單塊光學材料構成，超薄透鏡的兩個表面均為環帶非球面反射面，在不同的環帶反射區域有不同的面型。成像光束通過超薄透鏡的外環通光口徑進入光學系統，經過一系列同心圓環反射區域后進入位于透鏡中心的探測器進行成像。激光/長波紅外雙模環形孔徑超薄成像系統的原理如圖1所示，兩個不同焦距的光學系統共用一個通光口徑分別成像在各自的探測器上。圖1中紅色成像光束是激光成像波段，藍色成像光束是長波紅外波段。激光/長波紅外雙模成像系統的近軸折射式光路如圖1(a)所示，在其中引入多個反射鏡對兩個波段光路進行多次折疊，通過分光面分離長波紅外和激光波段成像光路，可以顯著減小系統的軸向尺寸，如圖1(b)所示。

圖1激光/長波紅外雙模環形孔徑超薄系統成像原理圖

（a）雙模近軸折射式結構；(b)雙模近軸環形孔徑反射式結構

2 激光/長波紅外雙模共光路環形孔徑超薄成像系統的設計

設計了應用于長波紅外7.7~9.5μm和激光1.064μm的雙模導引頭成像系統，該系統的設計指標參數如表1所示。對于超薄成像系統的基底材料，不僅需要考慮兩個波段的透過率，還要考慮材料的光學特性和加工特性。選擇紅外硫系玻璃IRG206作為雙模環形孔徑超薄成像系統的基底材料，這種材料可以通過精密模壓實現批量化加工。

表1 激光/長波紅外雙模環形孔徑超薄成像系統的設計指標

通過優化各環帶面型參數并控制系統總長和口徑，得到設計結果如圖2所示。系統的外徑直徑為80mm，遮攔區域直徑為53.4mm，遮攔比為0.67。經過分光面后系統左側為長波紅外波段，系統右側為激光波段，雙模環形孔徑超薄成像系統的軸向尺寸為28mm，遠遠小于目前常用的卡式雙模導引頭成像系統尺寸。激光/長波紅外雙模環形孔徑超薄成像系統的實體結構如圖3所示。圖3(a)中，黃色透明區域表示折射透光環帶，銀白色區域表示反射環帶，粉色區域表示分光面。圖3(b)中，銀白色區域表示反射環帶，黃色透明區域表示折射透光環帶。

圖2 激光/長波紅外雙模環形孔徑超薄成像系統的光路圖

圖3 激光/長波紅外雙模環形孔徑超薄系統成像實體結構。

(a)前表面；(b)后表面

3 結論

文中設計了一種適用于激光和長波紅外波段的雙模共光路環形孔徑超薄成像光學系統，給出了雙模環形孔徑系統的設計方法。根據設計指標，完成了系統初始結構參數的計算，通過環帶非球面的優化，實現了長波紅外7.7~9.5μm和激光1.064μm的雙模環形孔徑超薄導引頭成像系統，該系統的外徑直徑為80mm，軸向尺寸為28mm。在長波紅外波段，空間頻率為41.7lp/mm時各視場MTF曲線接近衍射極限，MTF大于0.136。在激光波長、系統全視場范圍內的光斑分布均勻，光斑彌散斑RMS最大值為280μm。對雙模環形空間超薄成像系統進行了無熱化設計，在?40~80℃范圍內，長波紅外波段的MTF曲線基本不變，各視場MTF最小值均大于0.13，激光波長的彌散斑形狀和能量分布基本沒有變化。考慮公差后，該系統在全視場范圍內的MTF大于0.1，具備可加工性。設計結果對未來低成本、小型化激光/長波紅外雙模導引頭成像系統的實現提供了新思路。

審核編輯：劉清