航空光学工程

第1章绪论11.1航空飞行系统21.2航空火力控制系统41.2.1航空火力控制系统的主要任务和基本要求41.2.2航空火力控制系统的基本组成61.2.3航空火力控制系统的发展81.3航空光学工程171.3.1光电成像技术基本类型171.3.2光电成像技术的未来21参考文献24第2章光学成像基本理论272.1概述282.2几何光学成像的基本概念302.2.1光线的折射和反射312.2.2光学元件312.2.3光学系统的基点332.2.4几何作图法确定光学系统的理想像352.2.5理想光学系统的物像关系362.2.6无限远物体对应的像高382.2.7薄透镜和厚透镜382.2.8理想光学系统的组合392.3望远镜系统402.3.1基本结构412.3.2光学系统性能432.4望远物镜系统482.4.1反射式望远物镜482.4.1.1共轴反射式望远物镜482.4.1.2离轴反射式望远物镜512.4.1.3反射镜结构参数的考虑562.4.2折射反射式望远物镜562.4.2.1基本形式572.4.2.2设计实例592.4.3折射式望远物镜632.4.3.1库克望远物镜632.4.3.2天塞望远物镜和海利亚望远物镜642.4.3.3双高斯望远物镜652.4.3.4摄远物镜和反摄远物镜672.5变焦望远物镜光学系统682.5.1变焦望远物镜光学系统的发展682.5.2变焦望远物镜光学系统类型722.5.2.1径向变焦望远物镜光学系统742.5.2.2轴向变焦望远物镜光学系统762.5.3双视场柔性切换成像系统1132.6目镜光学系统1142.6.1目镜主要特点1142.6.2目镜基本类型1162.6.2.1冉斯登目镜和惠更斯目镜1162.6.2.2凯尔纳目镜和对称目镜1162.6.3目镜复杂化1172.6.4一种特殊的类目镜系统——平视瞄准显示光学系统120参考文献121第3章现代光学设计技术1253.1全息光学成像技术1263.1.1基本概念1273.1.2全息光学元件1293.1.2.1点源全息技术1303.1.2.2全息光学元件的基本性质1333.1.3等效透镜设计模型1393.1.4连续透镜记录技术1413.1.5全息光学元件的记录技术1433.2二元光学成像技术1443.2.1普通型二元衍射透镜1453.2.1.1二元光学元件的特性1463.2.1.2典型的设计实例(折衍混合光学系统)1493.2.2谐衍射型二元光学透镜1593.2.2.1二元光学谐衍射单透镜1593.2.2.2双层谐衍射透镜1663.2.3二元光学元件的制造工艺1723.3光学波导技术1733.3.1全息光学波导技术的发展1733.3.2全息光学波导技术的基本原理1743.3.3耦合输入输出元件的类型1753.3.3.1“半透射半反射”阵列式几何光学波导技术1753.3.3.2“表面浮雕光栅”式二元光学波导技术1773.3.3.3“体全息光栅”式衍射光学波导技术1783.3.4双色波导显示技术1793.3.5光波导式平视瞄准显示系统1843.4微米和纳米光学技术1853.4.1微机电系统1863.4.2微光学系统1883.4.2.1平面基底型微光学透镜阵列1913.4.2.2曲面基底型微光学透镜阵列2003.4.3微光机电系统2063.4.4微米和纳米透镜制造技术2083.5编码孔径成像技术2093.5.1无透镜波前编码成像技术2103.5.2透镜型混合编码成像技术2133.6偏振成像技术2193.6.1偏振成像的基本原理2193.6.2偏振成像技术的发展2213.6.2.1国外偏振成像技术的发展2213.6.2.2国内偏振成像技术的发展2253.6.3偏振光成像技术的主要类型2253.6.3.1分时型偏振成像技术2263.6.3.2同时型偏振成像技术2263.6.3.3基于光谱调制的偏振成像技术2283.7光谱成像技术2313.7.1基本概念2313.7.2光谱成像技术基本原理和类型2353.7.2.1扫描式光谱成像技术2353.7.2.2快照式光谱成像技术2403.7.2.3计算光谱成像技术241参考文献241第4章光电探测器和图像源2474.1眼睛2484.1.1眼睛的基本结构和相关参数2484.1.2简约眼模型2504.1.3瞳孔直径与物体亮度2544.1.4眼睛的视轴和视场2544.1.5眼睛分辨本领2564.1.6眼睛的视觉局限性2574.2可见光图像接收器2634.2.1航空照相胶片2634.2.2光电成像器件2654.2.2.1电真空成像器件2654.2.2.2固体摄像器件2664.3微光像增强器2804.3.1微光像增强器的基本组成2804.3.2微光像增强器的基本性能2834.3.3微光像增强器的基本类型2864.3.3.1主动式微光夜视像增强器2864.3.3.2被动式微光夜视像增强器2864.4红外探测器3344.4.1红外探测器的发展3354.4.2基本技术要求和性能参数3384.4.2.1响应率3394.4.2.2噪声等效功率3404.4.2.3探测率3414.4.2.4光谱响应3444.4.2.5响应时间3454.4.2.6分辨率3464.4.2.7噪声等效温差3464.4.2.8*小可分辨温差3464.4.2.9背景辐射限性能3474.4.3红外探测器类型3474.4.3.1热敏红外探测器3474.4.3.2光子红外探测器3504.4.3.3双色多色红外焦平面阵列探测器3684.5紫外探测器3694.6平视（头盔）瞄准显示系统的图像源3714.6.1阴极射线管3744.6.2液晶显示图像源3784.6.2.1有源矩阵液晶显示器3794.6.2.2硅基液晶显示器3814.6.2.3硅基铁电液晶显示器3814.6.2.4有机发光二极管显示器3824.6.3数字微镜装置3844.6.4航电系统的全景投影显示器387参考文献390第5章平视瞄准显示技术3935.1概述3945.1.1平视瞄准显示技术的发展3945.1.2军用平视瞄准显示技术3985.1.3民用平视显示技术4015.2光学瞄准具4035.3平视瞄准显示系统4085.3.1平视瞄准显示系统基本组成4095.3.1.1驾驶员显示组件4105.3.1.2电子组件4135.3.1.3控制面板4135.3.2平视瞄准显示系统的工作原理4135.4平视瞄准显示系统技术要求4165.4.1光学系统峰值波长4165.4.2飞行员眼点位置4165.4.3飞行员眼睛活动范围4165.4.4显示视场4175.4.4.1总视场4185.4.4.2瞬时视场4195.4.4.3安装方式对视场的影响4255.4.5光学系统通光孔径和焦距4265.4.6组合玻璃4265.4.7显示精度4285.4.8视差4295.4.8.1光学像差造成的视差4305.4.8.2图像源显示表面面形误差造成的视差4315.4.8.3离焦造成的视差4315.4.8.4综合视差4325.4.9显示字符的基本要求4335.4.9.1显示字符颜色4335.4.9.2显示字符亮度4335.4.9.3字符对比度对比率调制对比度4365.4.9.4显示字符线宽4395.4.9.5副像亮度4395.4.10视频图像的质量要求4405.4.11光学系统畸变4405.4.12备用光学系统4405.4.13舱盖风挡玻璃的影响4425.4.13.1风挡玻璃的光学功能4435.4.13.2风挡玻璃的材料和结构形状4445.4.13.3风挡玻璃影响光学成像质量的主要因素4465.5普通折射型平视瞄准显示系统4475.5.1常规型平视瞄准显示系统4485.5.2光栅式平视瞄准显示系统4535.6衍射光学平视瞄准显示系统4565.6.1单片型衍射光学平视瞄准显示系统4595.6.2双片型衍射光学平视瞄准显示系统4605.6.3低畸变衍射光学平视瞄准显示系统4635.6.3.1混合记录方式制造全息组合玻璃4645.6.3.2双全息元件型低畸变衍射光学系统4665.6.4三元件组合型衍射光学平视瞄准显示系统4675.6.5皱褶负滤光片组合玻璃型平视瞄准显示系统4695.7光波导平视瞄准显示系统4725.7.1衍射光波导瞄准显示光学系统4755.7.2阵列光波导瞄准显示系统4775.8民用航空平视显示器4805.8.1概述4805.8.2全息平视显示器4855.8.2.1基本组成4855.8.2.2基本性能4885.9与平视显示装置相组合的视景系统4905.9.1视景增强系统（EVS）和平视显示装置（HUD）的组合4915.9.1.1视景增强系统(EVS)4925.9.1.2增强飞行视景系统(EFVS)4965.9.2增强飞行视景系统（EFVS）与合成视景系统（SVS）的组合5025.9.2.1合成视景系统(SVS)5035.9.2.2组合视景系统(CVS)5065.10平视瞄准显示系统的发展509参考文献510第6章头盔瞄准显示技术5156.1概述5166.1.1机载头盔瞄准具5206.1.2机载头盔显示器5246.1.3机载头盔综合瞄准显示系统5306.1.3.1普通型头盔综合瞄准显示系统5316.1.3.2光学波导式综合头盔瞄准显示系统5386.1.3.3高级头盔视觉系统5406.1.3.4彩色头盔指引系统5446.1.3.5立体式头盔瞄准显示系统5476.2机载头盔瞄准显示系统的基本组成5486.2.1头盔显示组件5496.2.2头盔定位组件5516.2.2.1机电式跟踪定位技术5526.2.2.2超声波跟踪定位技术5526.2.2.3电磁式跟踪定位技术5546.2.2.4光电式跟踪定位技术5566.2.2.5光学-惯性跟踪定位技术5676.2.2.6眼动跟踪定位技术5696.2.3头盔壳体组件5736.2.4电子组件和控制组件5796.3头盔瞄准显示系统的技术要求5796.3.1小型化图像源5816.3.2头盔瞄准显示系统的视场5826.3.3头部活动范围5836.3.4头盔瞄准显示系统的分辨率5846.3.4.1光学系统的分辨率定义与判断准则5846.3.4.2光学系统的分辨率与像差的关系5856.3.5光学传递函数5876.3.6出瞳直径和出瞳距离5896.3.7显示亮度对比率亮度均匀性5906.3.8光学系统透射率5916.3.9瞄准线测量精度5926.3.10畸变5936.3.11视差5936.3.12对显示符号和信息的基本要求5946.3.13重量5956.3.14其它要求5966.4光学系统5976.4.1单目头盔瞄准显示系统5986.4.2双目头盔瞄准显示系统6036.4.3光学系统设计技术6086.4.3.1透射式光学系统6096.4.3.2反射式光学系统6106.4.3.3折射反射式光学系统6106.4.3.4护目镜组合玻璃式光学系统6126.4.4自由曲面组合玻璃型光学系统6156.4.5光学全息头盔瞄准显示系统6246.4.5.1平面光学全息型头盔瞄准显示光学系统6246.4.5.2平板光学波导式头盔瞄准显示系统6266.4.6视网膜式头盔瞄准显示系统6396.5未来的头盔瞄准显示技术641参考文献642第7章电视摄像技术6477.1概述6487.1.1机载侦察监视系统基本类型6497.1.1.1有人无人驾驶侦察机监视系统6497.1.1.2微波雷达电子光学侦察监视设备6507.1.1.3低空中空高空光学侦察设备6507.1.1.4可见光航空侦察相机6527.1.2机载侦察监视系统的技术要求6547.2机载电视摄像系统6557.2.1胶片型机载电视摄像系统6557.2.2CCDCMOS型电视摄像系统6587.2.2.1CCD相机和胶片型相机兼容技术6597.2.2.2线阵CCD探测器和扫描成像技术6607.2.2.3面阵CCD分幅式航空侦察技术6617.2.2.4双波段航空侦察技术6677.3光学系统6727.3.1折射式光学系统6737.3.2折反式光学系统6747.3.3双波段光学系统6757.4振动控制技术6767.5像移补偿技术6777.6自动调焦技术6817.7CCD航空侦察系统的*小焦距6827.8光能量控制技术6837.9图像拼接技术6847.10机载摄录像系统6867.10.1航空照相枪6877.10.2机载视频摄录像系统689参考文献695第8章夜视技术6998.1概述7008.1.1夜视技术类型7018.1.2夜视技术的典型应用7038.2微光夜视技术7048.2.1概述7048.2.2微光夜视技术的发展7078.2.3微光夜视仪的基本类型7138.2.3.1直视型微光夜视系统7138.2.3.2电视型微光夜视系统7158.2.4微光夜视仪的基本性能7168.2.4.1技术性能7178.2.4.2人的因素7188.2.4.3适用性7208.2.4.4总成本7208.2.5直视型微光夜视仪光学系统7208.2.5.1一体式机载微光夜视仪7228.2.5.2分体式机载微光夜视仪7288.2.5.3直视式机载微光夜视镜的改进7298.2.5.4微光物镜7308.2.5.5典型案例7338.2.6机载微光电视系统7348.3红外夜视技术7398.3.1红外主动夜视成像技术7398.3.2短波红外被动夜视成像技术7418.3.3红外昼夜成像技术7438.4夜视集成技术7458.4.1微光与CRT显示集成技术7458.4.2微光红外集成技术7508.4.3综合集成夜视技术751参考文献752第9章激光技术7559.1概述7569.2激光器7589.2.1红宝石脉冲激光器7599.2.2Nd：YAG脉冲激光器7609.2.3CO2脉冲激光器7639.2.41.5μm波段人眼安全脉冲激光器7639.2.5光参量振荡激光器7669.2.6半导体激光器7699.2.7光纤激光器7759.2.8自由电子激光器7779.2.9中波红外激光器7789.3激光光束的基本性质7809.3.1基模激光束束腰光斑半径7819.3.2等相位面曲率中心和曲率半径7819.3.3高斯光束的远场发散角7829.4机载激光测距技术7829.4.1概述7829.4.2激光测距技术的发展7849.4.3激光测距机的基本结构7889.4.3.1激光测距机发射分系统7899.4.3.2激光测距机接收分系统7939.4.4机载脉冲激光测距机的典型案例7999.4.5机载脉冲激光测距机的基本原理和性能8019.4.5.1工作原理8029.4.5.2到达目标表面的总光功率8069.4.5.3被测目标表面的辐照度8079.4.5.4测距系统接收到的回波光功率8079.4.5.5*大可探测距离8079.4.5.6机载激光测距机的典型技术性能8099.4.6激光雷达技术8109.4.6.1激光成像雷达的结构和工作原理8119.4.6.2激光成像雷达的类型8119.4.6.3机载激光成像雷达的应用8189.4.7单光子激光测距机8199.5机载水下目标探测技术8259.5.1概述8259.5.2水下目标探测技术分类8269.5.3光束在海水中的传输特性8309.5.4水下目标激光直接探测技术8319.5.4.1水下目标激光直接探测技术的发展8319.5.4.2水下目标激光直接探测系统的工作原理与系统组成8349.5.5航空尾迹探潜技术8369.6激光选通成像技术8379.6.1概述8379.6.2激光选通成像系统基本组成和工作原理8389.6.2.1距离选通激光成像系统基本组成8399.6.2.2工作原理8399.6.3激光选通主动成像技术8409.7多光谱激光照明成像技术8439.8机载激光通信技术8449.8.1机载激光通信技术的研制历程8459.8.2机载激光通信系统的组成8479.8.2.1基本组成8479.8.2.2工作原理8479.8.3机载激光通信光学系统8499.9机载激光武器系统8559.9.1机载激光武器的发展8559.9.2机载激光武器的组成和工作原理8569.9.3激光武器的类型8579.9.3.1战略型机载激光武器技术8589.9.3.2战术型机载激光武器技术8639.9.4高能机载激光器8679.9.5机载激光武器的特点分析8699.10机载被动式激光防护技术8719.10.1问题的提出8719.10.2被动式机载激光防护技术的类型872参考文献874第10章红外搜索跟踪技术87910.1概述88010.1.1红外成像技术类型88010.1.2机载红外搜索跟踪技术88110.1.3机载红外搜索跟踪技术的特点88310.2机载红外搜索跟踪系统的发展过程88410.2.1单元PbS红外探测技术88510.2.2多元线阵列红外探测技术88510.2.3凝视制冷型焦平面阵列红外探测技术89010.2.4国内机载红外搜索跟踪技术的发展90010.3红外搜索跟踪系统的基本技术要求90310.3.1基本组成和工作原理90310.3.2基本技术要求90610.3.2.1静态性能90610.3.2.2动态性能90810.4目标辐射特性91310.4.1空中目标91310.4.2舰船目标91610.5整流罩91810.5.1整流罩的保护作用91910.5.2整流罩的形状92010.5.3整流罩的隐身技术92610.5.4光学性能方面的考虑92610.5.5整流罩的热性能92710.5.5.1气动效应类型92710.5.5.2热障效应抑制技术93010.6红外光学系统93210.6.1一次成像系统93310.6.1.1单波段红外光学系统93510.6.1.2双波段红外光学系统94010.6.2二次成像系统94710.6.3需要注意的具体问题94810.7消热差技术95110.7.1环境温度的影响95210.7.2消热差技术类型95410.7.2.1机械被动式消热差技术95510.7.2.2机电主动式消热差技术95610.7.2.3光学被动式消热差技术95710.7.2.4波前编码消热差技术96810.8红外探测器97110.9光电分布式孔径系统97210.10基于同心多尺度成像技术的机载光电探测系统97810.10.1多尺度成像技术97910.10.2同心多尺度成像技术98010.10.3中波红外机载同心多尺度光学成像系统98110.11IRST的未来发展982参考文献983第11章综合跟踪瞄准技术98911.1概述99011.1.1机载导航吊舱99211.1.2机载侦察吊舱99511.1.2.1机载侦察吊舱分类99511.1.2.2机载侦察吊舱的代表性产品99711.1.2.3机载侦察吊舱的未来发展100611.1.3机载光电瞄准吊舱100711.2光电瞄准吊舱类型100811.2.1固定翼作战飞机的光电瞄准吊舱100911.2.1.1自动跟踪激光测照集成吊舱100911.2.1.2红外低空导航和瞄准吊舱101211.2.1.3激光红外瞄准与导航吊舱101611.2.1.4红外成像激光照射吊舱101711.2.1.5先进瞄准前视红外吊舱101811.2.1.6Sniper-XR型先进瞄准吊舱101911.2.1.7F-35JSF型光电瞄准系统102111.2.1.8国产机载光电瞄准吊舱102411.2.2直升机光电瞄准吊舱102611.2.2.1国外武装直升机光电吊舱102711.2.2.2国外警用直升机光电吊舱103911.2.2.3国内武装直升机光电吊舱104111.2.2.4国内警用直升机光电吊舱104311.2.3无人机光电吊舱104411.2.3.1“全球鹰”无人机的EOIR侦察吊舱104511.2.3.2多光谱光电吊舱104611.2.3.3轻型无人机的红外光学系统104911.3光电瞄准吊舱的基本组成105211.3.1基本结构105211.3.2工作原理105411.4光电瞄准吊舱的技术要求105511.4.1基本要求105511.4.2影响光电吊舱性能的主要因素105611.5光电瞄准吊舱的光学系统105911.5.1前视红外光学系统106111.5.1.1概述106211.5.1.2有效光谱范围的合理选择106411.5.1.3变F数技术106711.5.1.4二次成像技术107711.5.1.5内部校靶技术109911.5.2可见光电视激光接收成像分系统109911.5.3未来的发展1100参考文献1101第12章光电告警与对抗技术110512.1机载光电对抗技术的发展110612.2机载光电告警技术110912.2.1机载紫外告警技术111012.2.1.1概略型紫外告警系统111212.2.1.2成像型紫外告警系统111312.2.1.3紫外告警光学系统111712.2.2机载红外告警技术112112.2.3机载激光告警技术112712.2.3.1机载激光告警系统技术要求112812.2.3.2机载激光告警系统的组成和分类113112.3机载跟踪瞄准技术113512.4机载干扰技术113612.4.1机外干扰技术113712.4.2机上干扰技术113912.5机载红外定向对抗技术114112.5.1红外定向对抗系统的基本组成114212.5.2红外定向对抗系统的工作模式114312.5.2.1开环模式机载定向红外对抗系统114312.5.2.2闭环模式机载定向红外对抗系统114612.5.3机载对抗技术中的红外激光器114812.5.4机载红外定向对抗系统的典型实例115012.6机载综合对抗技术1154参考文献1155第13章武器光学制导技术115913.1概述116013.1.1雷达波制导技术116013.1.2光学制导技术116213.2单模制导技术116213.2.1可见光电视制导技术116213.2.2激光制导技术116313.2.2.1激光驾束制导技术116413.2.2.2激光寻的制导技术116513.2.2.3激光制导光学系统设计实例117013.2.3红外制导技术117213.2.3.1基本组成117413.2.3.2红外制导探测技术的类型117613.2.3.3红外制导空空导弹技术的发展117713.2.3.4红外制导关键技术118113.2.3.5红外制导光学系统118313.2.4紫外制导技术119013.3复合制导技术119013.3.1双模式制导技术119113.3.1.1激光红外双模制导技术119113.3.1.2可见近红外光长波红外光双模制导技术119513.3.1.3毫米波红外成像双模制导技术119613.3.1.4GPS红外成像复合制导技术119713.3.2三模光学制导技术119813.3.2.1复合主镜型三模制导技术119813.3.2.2三模光学波导型制导技术120013.3.2.3综合型三模制导技术120213.4机载制导技术的未来发展1204参考文献1206附录A红外辐射在大气中的传输特性1209参考文献1215附录B红外光学材料1217