空基跟踪平台变焦镜头光机热集成分析

杜伟峰,刘永志,高文杰,胡雄超

(1.上海航天控制技术研究所,上海 200233； 2.火箭军装备部驻天津地区军事代表室,天津 300308)

1 引 言

空基光电跟踪平台作在复杂的温度环境下,跟踪镜头将会受到严酷的高空热载荷的考验。在温度应力的影响下,光机结构热变形会导致变焦镜头各光学元件表面产生刚体位移,导致光学元件倾斜、像面漂移等问题以及MTF的下降。根据技术指标要求,空基光电跟踪平台的许用温度为-20～50 ℃。当工况温度升降时,空基光电跟踪平台变焦光学系统的光学元件面型、距离和透镜厚度等都将受到随之变化,因此,为了确保光机镜头的成像质量,需要对跟踪平台变焦镜头进行光机热集成分析以完成温度适应性研究。

光机热集成分析技术在航空领域的应用以及较为成熟,通过设计-仿真-设计反复迭代过程[1-5],考核光机结构在工况载荷下的光学元件的中心厚度变化、间距变化、离轴、偏心等影响,优化空基、天基光机系统,提高系统的复杂空间环境的适应能力。本文以空基光电跟踪平台变焦光学系统为研究对象,通过光机热集成分析的方法对光学系统进行热光学分析,通过Sigfit软件进Zernike 多项式拟合,拟合后导入到 Zemax中分析成像质量。本文分析了由于温度变化所引起的刚体位移变化,镜片中心厚度变化,镜片间距变化,离轴、偏心等变化等,计算结果表明该系统满足空基温度环境下的使用要求。

2 光机热集成分析方法

1982年,美国霍尼韦尔公司光电中心的Jacob、Miller等人首次提出了光机热集成分析方法的概念,并第一次应用在光电仪器分析[6]。……